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本實驗室的總體定位為應用基礎研究，建設目標是將現代信息科學與技術、管理科學同制造科學與技術相結合，面向學科前沿和產業發展需求研究制造技術的新原理、新裝備、新系統和新模式，拓展制造系統與電子信息、能源動力、生物生命、新材料的交叉，為未來社會生產模式變革提供科學技術支撐，培養制造系統方面的優秀人才，成為機械制造系統研究的人才匯聚和科學研究高地。
實驗室根據機械制造系統工程發展的趨勢和國家制造業的需求，確定了以下研究方向：
（1）先進制造原理與技術：重點研究能夠帶來制造系統變革的制造技術，如縮短制造流程、高精度高效率、低能耗低污染、復雜結構與新材料應用等新原理與新方法。通過制造原理的創新，提高制造系統的功能和效率。
l 微納制造
l 生物制造
l 復合材料制造
（2）制造系統的裝備與集成：重點圍繞高性能制造設備、高性能檢測設備、高質量裝配技術等制造過程中所必須的關鍵裝備技術開展工作，研究裝備設計、制造、檢測中數字化和智能化技術，研究裝備集成過程中各種條件的影響規律，提升制造裝備的水平和質量。
l 三維反求測量
l 高速與高精密機床
l 高性能功能零部件
l 機器人及其智能化
（3）制造信息化與制造系統工程：以信息技術為手段，基于系統分析的方法，通過對制造過程和服役過程中的信息進行分析和挖掘，實施對制造過程和服役過程的調控與管理，以達到最優地配置制造資源，實現設備與生產系統的優良運行。
l 裝備運行故障診斷
l 制造質量控制
（4）先進制造系統模式：研究企業制造資源、生產組織、服務系統的形態和運作方式。研究有效地組織各種制造要素實現制造系統優化運行的管理模式，建立制造技術與非技術因素的關系，提高生產組織和設備運行效能。
l 服務型制造模式
l 社會化制造模式
