长期从事复杂系统建模仿真及复杂产品先进制造系统的研究和应用。与团队一起在国际上率先提出云制造理念，被列为《中国制造2025》的重要内容之一，作为首席专家主持国家高技术研究发展计划重大项目“云制造服务平台关键技术研究与应用”。在国际上率先提出面向模型全生命周期的模型工程思想，成为国际建模仿真知识体系（Body of Knowledge for Modeling and Simulation）的核心内容之一。作为首席专家主持国家重点研发项目“复杂产品建模仿真系统”，带领团队开发了全面支持MBSE（基于模型的系统工程）/MSBSE（基于建模仿真的系统工程）的一体化建模仿真语言——X语言。

承担各类国家级科研项目20余项，其中作为项目首席/负责人承担千万级以上的重大科研项目4项，获“国家图书奖”和“全国优秀科技图书奖”暨“科技进步奖（科技著作）”一等奖，教育部科技进步二等奖（排名1），吴文俊人工智能科学技术进步奖二等奖（排名1），2020年北航教学成果一等奖（排名1），2021年北京市教学成果二等奖（排名1），2022年中国仿真学会科学技术奖一等奖（排名1）。出版中英文专著7部，发表论文300余篇，Google Scholar引用17000余次，已授权国家发明专利20余项，主持起草国家标准5项（其中《云制造 术语》（GB/T 29826-2013）和《云制造服务平台应用实施规范》（GB/T 37960-2019）已正式发布）、行业标准2项、团体标准2项。