数字化制造研究所起源于原机械制造及自动化系的CAD/CAM和FMS研究方向，1993年9月在日本无偿资金援助项目“机电一体化中心”落成后，正式成立了CAD/CAM研究室，随着数字化技术快速发展和学科建设需要，于1998年在宁汝新教授倡导下成立了数字化设计与制造实验室，2010年5月实验室改名为数字化制造研究所。

数字化制造研究所目前主要从事精密装配、螺纹连接、胶粘连接、装配光学检测、数字化建模、车间制造执行系统、数字孪生等方面的研究，在数字化制造领域具有丰富的研究、软件开发与应用的经验。承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、国防基础科研、装备预先研究、军科委173和基金项目、企业合作项目等100余项，开发了特征建模系统、虚拟装配系统、装配车间管控系统、生产线建模与仿真系统、车间制造执行系统等自主知识软件系统，以及螺纹预紧力检测、胶接微变形检测、复杂管路多目视觉测量等装置，并在航天、兵器、电子、船舶和航空等领域企业得到应用。

研究所现有专职教师10人（其中国家高层次领军人才和国家青年人才1人，中国科协青托2人），科研财务助理1人，博士后2人，在读博士生35人，硕士生60余人。近三年的年均到校科研经费超过2000万元。公开出版著作10本，公开发表论文500余篇，其中被EI收录300余篇，SCI收录100余篇。授权国家发明专利100余项，获得软件著作权60余项。获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖3项、二等奖5项、三等奖5项等。

研究所主要科研方向如下：

1.精密装配技术

围绕复杂光机电产品装配性能在空间、时间维度上的形成与演变主线，以及高精度、高稳定、高一致和高效率的精密装配目标，深入研究精密装配的界面问题、跨尺度问题、不确定性问题、自动化/智能化装配问题背后的科学问题和关键技术。

目前主要在装配精度分析方法、配合面连接/胶粘连接/螺纹连接等精密装配连接、装配光学检测、装配数字孪生、虚拟装配等方面开展了系列成果。

1.1装配精度分析：开展了宏观几何精度与微观接触行为耦合的装配精度分析、服役环境多物理场下的精密结构变形分析、多源因素对精密结构微变形影响机制分析、恶劣服役环境下装配精度稳定性分析、性能驱动的精密结构变形数字修正和装配工艺参数优化等研究。

图1 集成表面形貌和受力变形的装配精度分析

1.2配合面连接（两个平面直接接触连接）：开展了粗糙表面接触行为的X射线断层扫描试验观测、粗糙表面接触行为弹塑性模型构建、配合表面连接性能预测/测试/时变等研究。

图2 粗糙表面接触行为的X射线断层扫描测量方法

1.3胶接装配：开展了胶粘连接力学和胶粘剂固化动力学、胶接装配工艺多场耦合-粘弹性建模仿真、胶粘连接强度增强方法、胶接装配微变形检测方法、精密光机电产品胶接装配精度及其稳定性预测与优化、精密涂胶技术等研究。

图3 精密胶接装配研究

1.4螺纹紧固连接：开展了螺纹连接界面松动、咬死等失效机理与结构优化设计研究、管接头/法兰等密封面泄漏机理与工艺调控方法研究、基于超声的紧固连接状态检测与预紧力精确测量方法研究、连接界面应力非接触式测量方法与喷涂应力传感器研制、紧固连接力学状态对精密结构装配精度和结构动力学响应的影响分析、紧固连接智能装配方法。

图4 紧固连接装配研究

1.5装配光学检测：开展了立体视觉/面结构光/线结构光等光学检测算法研究与软硬件设备自主研制、复杂场景下复杂物体智能识别与定位、机器人视觉伺服控制与人机交互、小样本图片智能生成与缺陷检测等研究，开发了基于机器视觉的管路测量技术及设备等。

图5 光学检测与智能算法

1.6 装配数字孪生技术：开展了装配车间数字孪生、装配工艺知识图谱和数字孪生、装配制造执行系统和动态调度等技术和方法研究，开发了复杂产品装配过程管控系统、装配车间数字孪生可视化监控与仿真系统等。

图6 开发的装配车间数字孪生系统

1.7虚拟装配：开展了虚拟装配工艺规划及信息管理、装配精度预分析、线缆和管路布局设计与装配过程仿真、基于物理属性的装配性能分析与运动学仿真等研究。

图7 装配精度预分析、线缆布线设计与装配仿真系统

2.产品数字化建模与生命周期管理

开展了基于MBD技术的三维建模与可制造性分析、制造特征的识别与三维工艺设计等方向研究，同时以产品全生命周期中多学科、多领域的集成开发为目标，开展多学科综合设计与集成、产品数据管理、企业集成框架、开发过程管理等技术研究。

图8 数字化建模与可制造性评价系统

3.工艺过程仿真与智能制造

开展了导管布局设计/弯曲成形工艺/弯曲数控编程/模胎快速设计/弯曲过程仿真、复杂薄壁件加工变形智能控制、电弧增材制造等研究，并通过工艺试验和理论分析，建立了相关工艺数据库。

图9 导管数控弯曲塑性成形过程仿真、机械加工变形补偿及电弧增材制造

4.数字化车间与制造执行系统

开展了生产线重构理论与方法、生产线建模与仿真技术、基于单元化与模块化的生产线布局设计、面向多品种变批量生产的制造执行系统以及动态调度技术等研究，开发出了生产线重构/布局/仿真分析系统、快速响应制造执行系统等。

图10 生产系统三维布局规划与仿真评估以及车间作业动态调度系统

5.研究所实验室建设

研究所建有北理工中关村校区实验室和北理工唐山院智能制造创新中心（位于河北省唐山市，离中关村校区210公里），其中中关村校区实验室主要位于北理工求是楼4层，使用面积500平方米，主要聚焦于基础理论研究和关键技术突破。

唐山院智能制造创新研究中心，主要聚焦于关键技术攻关、试验测试、装备研制和成果转化，位于唐山院求是楼北侧1-3层，使用面积达1000多平方米。

中心牵头建有河北省智能装配与检测技术重点实验室、工业知识与数据融合应用工信部重点实验室（分部）和唐山市智能装配与检测技术重点实验室。

中心拥有接触角测量仪、综合试验系统、万能试验机、仿真工作站主机、智能点胶机、高速摄像机、装配现场管控处理终端系统、多目视觉管路测量仪、温度控制箱、光学金相显微镜、固化收缩率测试仪、螺栓装配扭拉试验机等试验和检测设备。

中心主要分为智能装配、智能检测、知识工程与数字孪生、智能装备和系统集成等四个方向，开展航空航天、高铁、特种车辆、数控机床等行业高端装备的智能装配产线、服役性能测试平台、智能检测系统等领域软硬件研发及成果转化业务。

图11 北理工唐山院智能制造创新研究中心

数字化制造研究所主要科研人员

姓名	岗位名称及职责	研究领域	导师类型	邮箱
刘检华	方向带头人、学院书记	数字化制造、精密装配	博导/硕导	jeffliu@bit.edu.cn
夏焕雄	所长（人事）	精密装配、胶粘连接	博导/硕导	hxia@bit.edu.cn
刘少丽	书记/副所长（党建）	装配检测、视觉测量	博导/硕导	liushaoli@bit.edu.cn
王建群	教授（实验室）	现场信息采集与通讯	博导/硕导	wangjq@bit.edu.cn
张 旭	副教授（国际化）	产品数据管理与工艺集成	硕导	zhangxu@bit.edu.cn
王爱民	副教授（科研）	MES、自适应加工	博导/硕导	wangam@bit.edu.cn
丁晓宇	副所长（本科）	智能检测与数字化装配	博导/硕导	xiaoyu.ding@bit.edu.cn
庄存波	系副主任（学科）	装配数字孪生	硕导	zhuangdavid@bit.edu.cn
巩 浩	副所长（研究生）	精密装配、紧固连接	博导/硕导	gongh0220@bit.edu.cn
敖晓辉	副所长（保密）	多物理场仿真	硕导	xhao@bit.edu.cn

更新时间：2023年11月