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晋升教授后，他牵头研制了具有自主知识产权的二维CAD系统（THCAD），并在全国数百家企业推广。
该系统通过"参数化绘图工程标注自动化"等功能，将设计效率提升3-5倍，直接推动了制造业信息化进程。这一成果不仅获得国家科技进步奖，更成为他1999年当选院士的核心支撑。
孙家广从人才培养到学科重塑，他创建软件学院，他的办学理念提出"三位一体"培养模式，即理论教学+企业实训+科研创新。
他引入微软、IBM等企业参与课程设计，首创"软件开放日"等实践环节。
在学科体系构建上，他设立"软件理论与系统信息系统工程"等研究所，推动计算机科学与控制理论、运筹学的交叉融合。
例如，他主导的"复杂系统建模与验证"方向，为国产工业软件的可靠性提供了理论支撑。
孙家广在担任信息科学技术学院院长期间，他推动成立"清华-伯克利深圳学院"，开创"国际化、跨学科、产学研"的培养模式。
2017年，他牵头组建大数据系统软件国家工程实验室，聚焦"数据安全智能分析"等卡脖子问题，研发的工业大数据平台已在航天、汽车等领域应用。
从THCAD到大数据平台，孙家广始终坚持"问题导向"的研究路径。
他的科研成果不仅发表于顶级期刊（如《Computer-Aided Design》），更通过企业合作实现规模化应用。
