一、发展历程
数字化制造研究所是2138cc太阳集团制造工程系成立最早的研究所之一，其历史可追溯至原机械制造及自动化系的CAD/CAM和FMS研究方向。1993年9月，随着日本无偿资金援助项目“机电一体化中心”的落成，研究所前身——CAD/CAM研究室正式成立。1998年，在原副校长宁汝新教授的倡导下，研究室改建为数字化设计与制造实验室，并于2010年5月正式更名为数字化制造研究所。
数字化制造研究所面向国家智能制造战略需求，主要围绕智能装配、智能检测、智能装备和智造系统等四个主要研究方向，致力于建成2138cc太阳集团智能制造拔尖创新人才培养以及太阳集团与实验的重要基地。研究所在装配连接、装配检测与测试、装配数字孪生、装配工艺与装备、车间制造执行管控等方面形成了特色方向，并在数字化制造领域积累了丰富的研究、软件开发与应用经验。研究所承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点/联合/面上/青年项目、国防基础科研、装备预先研究、军科委173和基金项目、北京市自然科学重点基金、企业合作项目等100余项，开发出特征建模、装配性能分析、装配车间管控、生产线建模与仿真、车间制造执行系统等自主知识软件系统，以及飞机共形天线三维检测与装配、螺纹预紧力检测、密封结构气密性综合检测、胶接微变形检测、管路多目视觉测量等设备，并在航天、兵器、电子、船舶和航空等领域企业得到广泛应用。
研究所建有2138cc太阳集团中关村校区实验室、北理工唐山研究院智能制造创新中心（河北唐山）和北理工珠海校区智能制造中心（广东珠海）。2023年，研究所被授予“高端装备精密装配技术”国防创新团队；2025年，在唐山研究院牵头成立“河北省智能装配与检测技术”重点实验室；2026年，在珠海校区获批“智能装配与检测技术”广东省工程研究中心。历经三十余年的发展，研究所已成为我国数字化制造与精密装配技术领域的重要研究力量。
二、研究队伍
研究所现有专职教师13人（其中国家高层次领军人才1人、国家青年人才6人、中国科协青托2人），科研财务助理2人，博士后6人，在读博士生50余人，硕士生70余人，形成了结构合理、富有活力的高水平科研团队。
研究所共培养了近100名博士和300名硕士，其中50余名成长为领军领导人才。毕业生主要工作单位为航天科技集团、航天科工集团、兵器装备集团、兵器工业集团、电科集团、中国航空工业集团、中国船舶集团等下属研究院所，以及2138cc太阳集团、华南理工大学、北京邮电大学、北京科技大学、北京化工大学、深圳湾实验室、中国科学院等高等院校及科研机构；同时也有毕业生就职于中国工商银行、中国银行、招商银行、中广核、一汽大众、上汽集团、北京奔驰等大型国有企业，以及华为、大疆等大型民营企业，以及中组部、国防科工局、工信部等政府机关。
三、科研成果
近三年，研究所年均到校科研经费超过3000万元。公开出版著作10本，公开发表论文500余篇，其中SCI收录200余篇、EI收录300余篇。授权国家发明专利100余项，获得软件著作权60余项。荣获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖4项、二等奖5项、三等奖5项。
四、科研方向
方向一：装配连接理论与技术
围绕配合面连接、螺纹连接、胶粘连接、运动连接等典型装配连接方式，系统开展装配连接的力学理论体系研究。重点阐明装配连接状态在服役过程中的形成与演变机理，揭示多场耦合及材料非线性行为作用下的界面应力分布规律与时变特征，构建从微观界面行为到宏观连接性能的多尺度力学模型，为精密装配的精度控制和性能保持奠定理论基础。
图1装配连接技术研究方向
在此基础上，突破配合面连接表面主动设计技术，通过表面形貌优化与微观织构设计实现接触与密封状态的主动调控；发展螺纹连接松动检测与防松技术，提出防松性能评价方法与新型螺纹设计方法；攻克胶粘连接结构/工艺设计及表面强化技术，实现胶粘工艺的高精度高可靠连接。相关研究成果已在惯性仪表、光机装备、导引头、火箭等国家重大装备中得到应用，为精密装配提供了坚实的理论与技术支撑。
方向二：装配测量与传感技术
面向复杂装配环境下几何量、物理量以及装配界面电学状态的高精度原位实时感知需求，融合单目/双目视觉、结构光点云重构、激光大视场测距等光学测量技术与基于电磁感应、静电力作用的界面微观电磁性质表征方法，结合深度学习等智能算法，构建从二维图像到三维形貌、从宏观几何形貌到微观界面电学行为的多模态测量与传感体系，解决强反光、大曲率、自遮挡等复杂场景下的测量难题，以及传统方法无法获取表界面电学性质微观分布的关键问题。
图2装配检测与传感技术的研究方向
同时，发展激光干涉法、超声应力检测、光学断层扫描等非接触式测量技术，突破表面粗糙度、装配界面应力、密封泄漏率、胶接固化应变等物理量的在线检测方法；在此基础上，进一步突破界面电学性质调控与自感知技术，通过表面结构改性、成分改性、力学性质改性等手段实现界面电荷转移及电信号的长期稳定精准调控，克服传统自感知信号易失稳、易失真、易受干扰的问题，并针对轴承等机电产品开发智能润滑涂料，形成表界面自感知能力。上述测量与传感技术及配套软硬件设备，已在航天器大型舱体加工测量、空间站复杂管路装配检测、共形天线焊点定位、轴承状态在线监测等场景得到应用，为高端装备的精密装配提供了从微观界面到宏观构件的全链条检测与智能感知能力。
方向三：装配数字孪生与智能管控技术
针对复杂产品装配车间普遍存在的黑箱作业、返工返修多、质量追溯难、现场需求响应慢等工程瓶颈，突破多层次多环节装配过程数据建模、数模驱动的装配性能在线预测与质量精准追溯、装配车间实时调度等核心技术，构建以孪生模型为载体、以实时数据为驱动的数字孪生装配车间智能管控系统。通过建立多维多尺度的装配车间数字孪生体，实现物理车间与虚拟车间的同步映射与实时交互，推动装配过程管控从经验驱动向数据驱动转变。
图3 装配数字孪生与智能管控技术的研究方向
同时，突破数据-机理融合驱动的装配性能在线预测与工艺参数优化、工业大数据驱动的质量分析与预测等方法，并将产品孪生与知识图谱、工业大模型等融合，构建装配全过程质量管理体系，形成从车间透明化管控到产品装配质量预测与调控的完整技术闭环。该方向开发的数字孪生装配车间管控系统已在航天、航空、电子、兵器等行业的总装/部装车间得到应用，有效支撑了多品种变批量、研批混线生产模式下的装配车间高效有序运行，实现了装配过程透明化、质量数据全流程追溯以及不同扰动环境下的装配计划动态实时调控。
方向四：智能装配与检测技术装备
智能装配与检测技术既是智能制造领域的“卡脖子”核心环节，也是推动制造业高质量发展的关键支撑。面向精密装配对自动化与智能化的迫切需求，团队融合机器人、机器视觉、多传感器融合等技术，研制了多套实验平台，包括针对胶接、螺纹、轴承等装配结构性能测试的胶黏剂有效化学收缩应变在线监测系统、多通道螺栓预紧力在线监测系统、轴承状态智能监测系统，以及高压-高低温耦合气密性综合检测系统。在装配光学检测方面，针对大曲率/强反光条件下三维共形天线测量数据缺失的问题，团队开发了激光/视觉跨尺度融合检测装置；针对卫星跨尺度测量难的挑战，研制了飞机共形天线三维检测与自动装配设备，有效解决了装配工艺中跨尺度、原位、高精度、高效率的测量难题。
图4 装配工艺与装备主要技术方向
在此基础上，团队重点突破了多路信号隔离与纳秒级同步采集及无线传输、基于几何基元的多目三维重建、机械臂柔顺控制等关键技术，成功研制出空间复杂管路多目视觉检测设备、螺栓预紧力智能控制扳手和机械臂精密协同装配装置等。目前，已在航空航天、新能源、汽车、电子、高端装备等领域的总装生产线得到应用，有效解决了传统人工或半自动化装配中存在的精度低、效率差、质量不稳定、柔性不足等问题，有力支撑了高端装备制造业向智能化、自动化的转型升级。
方向五：数字化车间与制造执行系统
面向多品种、变批量生产模式下制造车间的高效运行需求，开展数字化车间构建与制造执行系统（MES）核心技术的系统研究。在车间布局与仿真方面，研究基于单元化与模块化的生产线布局设计方法，开发生产线重构与仿真分析系统，实现从工艺规划到物理部署的全流程虚拟验证，提升生产系统的柔性与可重构能力。在生产过程管控方面，研究面向复杂制造过程的实时数据采集与集成技术，构建覆盖计划排程、生产执行、质量监控、设备管理、物料追溯等功能的一体化制造执行系统，解决传统车间信息孤岛与业务脱节问题。在动态调度方面，研究多维约束下的装配车间多目标优化方法，发展学习驱动的自适应重调度与超启发式在线调度技术，实现高频扰动环境下的生产计划快速响应与协同优化。
图5 生产系统规划与仿真评估及车间作业动态调度
该方向开发的生产线重构与仿真分析系统、快速响应制造执行系统已在航天、兵器、电子、船舶等行业的数字化车间建设中推广应用，提升了生产系统的运行效率与资源利用率，为离散制造企业数字化转型提供了核心支撑。
方向六：人机协作装配技术与装备
面向复杂产品装配中近距离共域协作与强不确定作业需求，开展人机协作装配技术与装备研究，实现人的灵活感知与经验判断与机器的高精度、稳定执行优势互补。围绕“人机物互认知协作机理”这一核心科学问题，研究在实时安全约束下对装配对象状态的可观测建模、对装配质量的可信预测，以及基于大模型的人机自然交互与协作决策，将状态、质量与交互意图等信息耦合，驱动协作任务规划与柔顺执行，从而在安全、效率、质量等多目标之间实现动态权衡与最优。首先，研究面向装配对象与过程的状态表征方法，构建装配几何—物理状态的在线估计与不确定性表达，实现关键状态的可观测、可解释与可追溯。其次，面向小样本与多变工况，研究机理约束与数据驱动融合的质量预测模型，实现对装配偏差演化、缺陷风险等的在线预测，支撑多目标约束下的动态决策。最后，研究面向装配场景的大模型方法，融合语音、文本与作业上下文，实现对操作者意图的鲁棒理解、对工艺知识的可解释问答与对协作策略的生成式辅助；进一步将交互结果与安全约束、工艺规则和在线状态估计联动，提升协作过程的易用性、可控性与可信度。
图 6 人机共融装配技术与装备研究方向
该方向将形成面向人机协作装配的状态感知与建模方法、装配质量可信预测方法、人机自然交互与决策辅助技术等，以支撑从单工位到多人多机的快速部署。相关成果正逐步推广至复杂精密装备的装配场景，以期提升共域作业安全性、效率与质量一致性。
五、实验室建设
研究所建有北理工中关村校区实验室、北理工唐山研究院智能制造创新中心（位于河北省唐山市）和北理工珠海校区智能制造中心。研究所构建了覆盖精密装配、智能检测、表界面处理及数字孪生仿真的全链路先进实验设备，建立了“人机协同-虚实联动”的高端装备研发体系，实现了从微观机理到整机性能的多尺度贯通，可有效支撑复杂产品装配工艺设计、分析、仿真与验证，为国家重大工程研制与攻关任务提供了坚实的技术保障和核心能力支撑。
主要设备包括：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。
北理工中关村校区实验室建有高端装备精密装配技术国防创新团队，主要位于北理工求是楼和宁远楼，聚焦于基础理论研究、关键技术突破和关键软硬件研发。
图7 中关村校区实验室设备
北理工唐山研究院智能制造创新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。
图8 唐山研究院实验室设备
北理工珠海校区智能制造中心主要聚焦于前沿技术研发、关键技术攻关和大湾区成果转化，位于珠海校区天佑楼。
图8 珠海校区实验室设备
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 |
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刘检华 |
教授、带头人、学院书记 |
数字化制造、精密装配 |
博导/硕导 |
jeffliu@bit.edu.cn |
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夏焕雄 |
教授、所长（人事） |
精密装配、胶粘连接 |
博导/硕导 |
hxia@bit.edu.cn |
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刘少丽 |
教授、支部书记（党建） |
装配检测、视觉测量 |
博导/硕导 |
liushaoli@bit.edu.cn |
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王建群 |
教授 |
现场信息采集与通讯 |
博导/硕导 |
wangjq@bit.edu.cn |
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张旭 |
副教授（国际化、招生） |
产品数据管理与集成 |
硕导 |
zhangxu@bit.edu.cn |
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王爱民 |
副教授（科研） |
MES、自适应加工 |
博导/硕导 |
wangam@bit.edu.cn |
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丁晓宇 |
教授、副所长（本科） |
智能检测与数字化装配 |
博导/硕导 |
xiaoyu.ding@bit.edu.cn |
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庄存波 |
研究员、系副主任（学科） |
装配数字孪生 |
博导/硕导 |
zhuangdavid@bit.edu.cn |
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巩浩 |
研究员、副所长（研究生） |
精密装配、螺纹连接 |
博导/硕导 |
gongh0220@bit.edu.cn |
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敖晓辉 |
研究员、副所长（保密） |
复材装配连接 |
博导/硕导 |
xhao@bit.edu.cn |
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林世权 |
研究员（实验室） |
装配界面与智能传感 |
博导/硕导 |
linshiquan@bit.edu.cn |
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郄一帆 |
副研究员 |
电磁性能高精度装调 |
博导/硕导 |
qieyifan@bit.edu.cn |
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刘世民 |
教授 |
人机共融装配 |
博导/硕导 |
shiminliu@bit.edu.cn |
|
张慧 |
科研财务助理（财务、日常） |
zhanghui_lab@163.com |
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邱雨萌 |
科研财务助理（财务、保密） |
7220250083@bit.edu.cn |
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