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本实验室的总体定位为应用基础研究，建设目标是将现代信息科学与技术、管理科学同制造科学与技术相结合，面向学科前沿和产业发展需求研究制造技术的新原理、新装备、新系统和新模式，拓展制造系统与电子信息、能源动力、生物生命、新材料的交叉，为未来社会生产模式变革提供科学技术支撑，培养制造系统方面的优秀人才，成为机械制造系统研究的人才汇聚和科学研究高地。
实验室根据机械制造系统工程发展的趋势和国家制造业的需求，确定了以下研究方向：
（1）先进制造原理与技术：重点研究能够带来制造系统变革的制造技术，如缩短制造流程、高精度高效率、低能耗低污染、复杂结构与新材料应用等新原理与新方法。通过制造原理的创新，提高制造系统的功能和效率。
l 微纳制造
l 生物制造
l 复合材料制造
（2）制造系统的装备与集成：重点围绕高性能制造设备、高性能检测设备、高质量装配技术等制造过程中所必须的关键装备技术开展工作，研究装备设计、制造、检测中数字化和智能化技术，研究装备集成过程中各种条件的影响规律，提升制造装备的水平和质量。
l 三维反求测量
l 高速与高精密机床
l 高性能功能零部件
l 机器人及其智能化
（3）制造信息化与制造系统工程：以信息技术为手段，基于系统分析的方法，通过对制造过程和服役过程中的信息进行分析和挖掘，实施对制造过程和服役过程的调控与管理，以达到最优地配置制造资源，实现设备与生产系统的优良运行。
l 装备运行故障诊断
l 制造质量控制
（4）先进制造系统模式：研究企业制造资源、生产组织、服务系统的形态和运作方式。研究有效地组织各种制造要素实现制造系统优化运行的管理模式，建立制造技术与非技术因素的关系，提高生产组织和设备运行效能。
l 服务型制造模式
l 社会化制造模式
