数字孪生国际研究中心

 

依托北航相关学科方向优势，北航国际前沿交叉科学研究院数字孪生国际研究中心致力于通过跨学科国际合作，面向国际学术前沿和国家重大需求，并结合行业实际需求，进一步聚焦和凝练数字孪生相关方向学科交叉和重大科学问题，打造国际学术交流合作平台，产出一批具有影响力的原创成果。

牵头国内外学者探索建立了数字孪生理论、技术、工具、标准体系；提出了数字孪生车间、数字孪生装备等概念，研究成果被国内外100多所大学跟踪研究、百余家企业参考应用。在Nature及子刊等期刊发表ESI高被引论文20余篇，出版数字孪生设计、制造、服务及车间实践相关专著4部。获2022年教育部自然科学一等奖。

面向国际学术前沿和国家重大需求，承担了一批国家级科研任务。主持国家重点研发计划、NSFC重点国际合作项目、国家高质量发展专项课题、北京市重大专项课题等20余项。研制的系列装置和系统已应用于航天一院、航天五院、中航工业、兵器集团等十余个集团企业，以及高铁、纺织机械装备、燃气管网、卫星、船舶、核电等行业，助力企业数字化转型和智能化升级。获2022年中国机械工业科学技术发明一等奖、2021全国首届智能制造创新大赛一等奖等。

打造了“两刊一会”国际化交流合作平台，引领国际数字孪生研究与应用发展。创办了《Digital Twin》国际期刊（入选2022年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊）和《Digital Engineering》国际期刊，发起了数字孪生国际会议（DigiTwin），先后在中国、澳大利亚、法国、意大利等国召开。中心成员先后入选美国SME“智能制造Top 20最具影响力学者”、全球高被引科学家（2019-2023）等。

数字孪生国际研究中心在数字孪生、数字工程、人工智能、智能制造等方向诚聘海内外英才；欢迎具有机械工程、航空宇航科学与技术、动力工程及工程热物理、控制科学与工程、计算机科学与技术、信息与通信工程、生物医学工程等交叉学科背景的人才申请，中心招聘人员如下：

1. 前沿交叉领域顶尖科学家（正教授）、优秀青年人才（副教授）

2. 师资博士后、卓越博士后

3. 博士研究生、硕士研究生

欢迎各交叉方向人才通过邮件与中心联系！

联系人：魏老师

电子邮件：yupengwei@buaa.edu.cn

数字孪生国际研究中心英文网站：www.dtirc.net

1. 数字孪生国际研究中心创办的DigiTwin2024 国际会议将在意大利米兰举办 2024-04-02

2. 祝贺张贺博士论文发表于Nature Computational Science! 2024-03-26

3. 欢迎魏宇鹏副教授加入数字孪生国际研究中心! 2024-03-22

4. 数字孪生国际研究中心创办的《Digital Engineering》英文国际期刊上线! 2023-12-12

5. 数字孪生国际研究中心主办的标准发展委员会研讨会顺利召开! 2023-12-12

6. 祝贺孙学民博士在CJA发表封面期刊文章! 2023-11-27

7. 欢迎易黎副教授加入数字孪生国际研究中心! 2023-11-20

陶飞，教授，国家级领军人才，科学探索奖获得者、国家智能制造专家委员会委员，科睿唯安全球高被引学者，CIRP通讯会员，第一完成人带领团队获国家科技进步二等奖两项（2020，2024）。研究方向为数字孪生与数字工程、智能制造、工业软件

易黎，副教授，CIRP青年会员，研究方向为可持续增材制造的数字化建模及优化

魏宇鹏，副教授，研究方向为数字化质量检测监控、系统可靠性分析和预测维护

戚庆林，副教授，研究方向为数字孪生、智能制造、数字工程、制造服务

Andrea Matta

教授(意大利)

Ang Liu

副教授(澳大利亚)

中心在数字孪生概念、关键技术及应用开展了大量且深入的研究。带领法国、瑞典等5个国家学者建立了数字孪生技术体系；牵头18家单位建立了数字孪生标准体系，立项国际标准2项；建立了数字孪生五维模型、模型构建准则和理论体系，提出了数字孪生车间概念，被牛津大学等国内外100多高校和机构跟踪研究。在开展数字孪生理论体系研究的同时，中心积极探索数字孪生的落地应用。所提出的数字孪生五维模型、关键技术体系、标准体系等应用于数字孪生车间和数字孪生装备，被航天五院、沈飞、中船集团、兵器集团、电子科技集团等在卫星、飞机、船舶、装甲车等十大领域实践应用。

1.1 数字孪生理论

数字孪生五维模型

数字孪生国际研究中心首次提出了数字孪生五维模型，被飞机、船舶、车辆等十大领域航天科工、中航发、中船等十大集团参考实践。

数字孪生成熟度模型

数字孪生国际研究中心首次建立了“以虚仿实、以虚映实、以虚控实、以虚预实、以虚优实、虚实共生”六级数字孪生成熟度模型，为数字孪生落地实践中的交流、评价与优化过程提供了参考。

数字孪生车间

数字孪生国际研究中心首次提出了数字孪生车间的概念，发表了首篇数字孪生车间文章，阐述了数字孪生车间的系统组成、运行机制与关键技术，相关工作被国内外100多家机构跟踪研究。

1.2 数字孪生工业软件

makeTwin 参考架构

针对数字孪生在应用开发过程中，缺乏能够普遍适用的数字孪生研究与开发平台。数字孪生国际研究中心首次并提出了一种数字孪生软件平台参考架构makeTwin，并定义了makeTwin的十大核心功能

数字孪生工业软件白皮书

中心分析了数字孪生及数字孪生工业软件的国内外发展现状，从不同视角，厘清需求，给出了数字孪生工业软件的参考架构; 并深入行业，介绍了目前中国数字孪生工业软件平台和应用案例。

数字孪生团体标准

数字孪生团体标准规定了构建数字孪生软件平台的一系列要求；规范了数字孪生软件平台的参考架构要求，为数字孪生软件平台的不同开发实体、团队之间提供统一的标准，消除沟通交流、开发协作和使用维护的壁垒。

1.3 数字孪生应用

数字孪生国际研究中心首次提出以“智能中枢”为核心，以“物理线程、模型线程、数据线程、服务线程”四大线程为主线的数字工程体系架构；以实现数字工程“控全局、破孤岛、跨时空、聚能力、强智能、深协同”六大能力，赋能物理产品或系统，从而满足各类应用需求。并基于提出的体系架构，在数字设计、数字制造、数字运维方面取得了一系列原创成果。

2.1 数字设计

数字化增材制造产品设计

针对面向增材制造产品设计复杂、过于依赖经验的问题，研究了结构形性调控机制以及面向增材制造的产品设计理论，提出了基于拓扑优化和晶格结构的产品混合强化方法、基于挤出材料参数修正的梯度晶格结构优化算法，克服了传统设计方法难以适配增材制造复杂结构产品设计的挑战，实现了在减轻产品重量的同时提升结构力学性能的优化目的

面向4D打印的功能设计

针对4D打印中材料形变过程控制难、材料功能设计复杂的问题，研究了4D打印材料在不同过程参数下的材料孔隙率差异，评估了记忆材料在不同环境温度下的形状变化过程，建立了过程参数、结构特征和形变功能之间的回归模型并用于材料形变过程的控制。设计了基于4D打印的自折叠结构，实现了温度检测、自动组装拆卸等应用目的。

2.2 数字制造

数字化能耗预测

针对制造过程能耗行为复杂、预测难的问题，研究了机床设备子部件在加工过程不同阶段功率变化行为以及能量交换机制，提出了基于键合图的能量流建模方法、G代码驱动的能耗仿真方法、多维度工艺能效和质量评估方法，突破了传统能耗预测方法精度低的局限，实现了在无需实验的条件下完成制造过程能耗的实时预测。

数字化制造过程监控

针对数据驱动技术处理大规模多源异构数据实时决策延时高、精度低的问题。研究了分布式决策高维空间非线性耦合机理与多源异构数据关联机理。提出了决策层数模融合驱动的分布式决策融合与补偿策略。解决了分布式决策高维空间映射与融合问题，并揭示了多源异构数据拓扑结构与相关性机制。

2.3 数字运维

数字化故障诊断与预测

针对数据驱动技术识别初始故障特征难，数据依赖性高的问题。研究了初始故障特征强化机制和故障特征识别模型能力强化机制。提出了数据层数模融合驱动的初始故障特征强化和识别能力强化的双向强化策略。解决了初始故障特征强化与少样本下的初始故障诊断问题。

数字化剩余寿命监控与预测

针对复杂装备退化机理不明确，数据驱动技术预测机制可解释性差问题。研究了有向图表征的复杂装备退化机理和无向图表征的物理特征关联机理。提出了模型层数模融合驱动的图启发式深度神经网络模型。解决了深度学习驱动的寿命预测模型预测机理与退化机理图表征问题。

1. Tao, Fei, and Qinglin Qi. "Make more digital twins." Nature 573.7775 (2019): 490-491. (数字孪生首篇Nature文章)

2. Tao, Fei, He Zhang, and Chenyuan Zhang. "Advancements and challenges of digital twins in industry." Nature Computational Science 4.3 (2024): 169-177. (论文发表于Nature子刊)

3. Tao, Fei, et al. "Digital twin-driven product design, manufacturing and service with big data." The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 94 (2018): 3563-3576. (高被引文章，引用: 2724)

4. Tao, Fei, et al. "Digital twin in industry: State-of-the-art." IEEE Transactions on industrial informatics 15.4 (2018): 2405-2415. (高被引文章，引用: 2647)

5. Tao, Fei, et al. "Data-driven smart manufacturing." Journal of Manufacturing Systems 48 (2018): 157-169. (高被引文章，引用: 1563)

6. Qi, Qinglin, and Fei Tao. "Digital twin and big data towards smart manufacturing and industry 4.0: 360 degree comparison." Ieee Access 6 (2018): 3585-3593. (高被引文章，引用: 1553)

7. Tao, Fei, and Meng Zhang. "Digital twin shop-floor: a new shop-floor paradigm towards smart manufacturing." IEEE access 5 (2017): 20418-20427. (高被引文章，引用: 1213)

8. Tao, Fei, et al. "Digital twin-driven product design framework." International Journal of Production Research 57.12 (2019): 3935-3953. (高被引文章，引用: 1112)

9. Qi, Qinglin, et al. "Enabling technologies and tools for digital twin." Journal of Manufacturing Systems 58 (2021): 3-21. (高被引文章，引用: 1067)

10. Tao, F., et al. "Digital twins and cyber–physical systems toward smart manufacturing and Industry 4.0: correlation and comparison. Engineering, 5 (4), 653–661." (2019). (高被引文章，引用: 1059)

数字孪生国际研究中心成员在数字孪生与数字工程方向发表SCI期刊论文100余篇, 其余论著参阅数字孪生国际研究中心英文网站：www.dtirc.net

在数字孪生国际研究中心陶教授的带领下，中心创办了国际期刊《Digital Twin》和《Digital Engineering》；国际会议Digital Twin International Conference；和全球论坛Digital Twin Global Forum

Digital Twin

Digital Twin（《数字孪生》）国际期刊由数字孪生国际研究中心于2021年4月创办，由Taylor & Francis出版集团出版，是全球第一本聚焦数字孪生领域的英文科技学术期刊。Digital Twin期刊入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。

Digital Engineering

Digital Engineering（《数字工程》）国际期刊由数字孪生国际研究中心于2023年12月创办，由Elsevier出版集团出版。Digital Engineering致力于推动数字工程在广泛主题中的进步，包括工程领域数字化和数字技术相关的理论、方法、技术和实践进步。

DigiTwin: Digital Twin International Conference

DigiTwin数字孪生国际会议为世界知名专家学者提供了分享最新科研成果、促进数字孪生前沿技术交叉融合、提供企业创新创业机遇、实现产学研用合作共赢的国际化平台。DigiTwin数字孪生国际会议已在中国、澳大利亚、法国连续成功举办三届，第三届会议注册人数超过2100人。

第四届数字孪生国际会议（DigiTwin 2024）将于2024年10月14日-10月18日在意大利米兰理工大学（Bovisa校区）举行。DigiTwin 2024组织工作由数字孪生国际专家委员会（DTIAC）指导，致力于数字孪生领域的新思想、新研究和新工作的交流、宣传。会议将以线上线下结合的方式进行。线上会议将通过ZOOM和腾讯会议直播。注册链接：http://www.dtiac.com/

DTGF: Digital Twin Global Forum

为进一步推动数字孪生的发展，在《数字孪生》期刊的基础上，数字孪生国际研究中心推出了数字孪生国际论坛（DTGF）。该论坛由一系列定期组织的网络研讨会组成，由数字孪生国际顾问委员会（DTICA）成员、《数字孪生》期刊文章作者和知名专家主讲。数字孪生国际论坛旨在建立专注于数字孪生交流与合作的国际平台，共同探讨数字孪生的创新理论和方法，促进数字孪生应用落地，进而更好地应对数字孪生研究和实践中面临的挑战。

目前，DTGF已分别于2021年10月29日、2022年1月22日、3月4日、4月15日、5月27日、7月15日、11月18日、2023年4月20日、5月19日、6月15日、12月20日在线上成功召开了十一届。每届论坛均有400多人参加。

陶老师: ftao@buaa.edu.cn

易老师: liyibuaa@buaa.edu.cn

魏老师: yupengwei@buaa.edu.cn

柏彦大厦20层

北京海淀区北四环中路238号

北京, 邮编100191

欢迎参观数字孪生国际研究中心，进一步了解我们的工作并与中心建立联系。请通过提供的电子邮件与我们联系以预约参观。我们期待您的加入！