主要以CAD/CAM/CAE为基本工具，通过对产品设计、制造及作业过程的数字化建模及评估，实现产品的优化设计，提高产品质量。
该专业方向主要包含以下几个方面：
1、CAD、CAM、CAE及其集成技术。主要研究(CAD、CAM、CAE及其集成的应用理论与方法。包括：
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1.1 CAD建模理论与方法：研究CAD曲面造型、实体造型及混合模型造型的理论与方法，结合现有CAD、CAM、CAE系统的特点及生产实践的需求，通过原创开发、二次开发或原型技术，快速提供科学的CAD模型。该方向专业基础为：微分几何、造型理论、数值方法、程序设计及CAD软件系统的使用等。
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1.2 数控工艺理论与方法：研究数控加工工艺，结合现有CAM系统的加工工艺特征，采用原创开发、二次开发或原型技术，提供科学的加工工艺。该方向专业基础为：CAD/CAM建模，数控加工原理、工艺规划、程序设计及CAM软件系统的使用等。
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1.3 结构分析建模理论与方法：研究CAE的基本理论与方法（如有限元、边界元等），结合现有CAE系统的特点，通过原创开发、二次开发或原型开发，提供科学的CAE数据。该方向专业基础为：弹塑性力学、有限元理论、数值方法、程序设计及CAE软件系统的使用等。
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1.4 CAD/CAM/CAE集成技术：研究CAD/CAM/CAE集成的理论与方法，结合现有CAD/CAM/CAE集成系统的特点，通过原创开发、二次开发或原型开发，快速提供科学的CAD/CAM/CAE集成数据。该方向专业基础为：微分几何、造型理论、工艺规划、数据交换标准、程序设计及集成软件系统的使用等。
本方向适合于硕士研究生培养与发展。
2、CAD、CAM、CAE中的优化理论与方法。主要研究(CAD、CAM、CAE及其集成的应用理论与方法。包括：
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2.1 CAD优化建模理论与方法：研究CAD曲面造型、实体造型及混合模型造型的优化理论与方法，结合现有CAD、CAM、CAE系统的特点及生产实践的需求，改进、优化和发展CAD建模理论。该方向除具备专业方向1.1所具备的基础外，还需要学习现代微分几何、计算机辅助几何设计、逆向工程技术、并行计算等。
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2.2 数控加工的组合工艺理论与方法：以加工质量、加工成本或者质量与成本为优化目标，采用组合优化理论（遗传理论、蚁群理论等），合理组合目标对象的加工工艺。该方向除具备专业方向1.2所具备的基础外，还需要学习微分几何、组合优化、切削力学与表面力学等。
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2.3 结构分析优化建模理论与方法：研究现代CAE理论与方法，结合现有CAE系统的特点，提供分析复杂、精细结构的科学依据。该方向除具备专业方向1.3所具备的基础外，还需要学习现代微分几何、变分理论、固体力学、理性力学、材料学等。
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2.4CAD/CAM/CAE无缝集成技术：研究CAD/CAM/CAE集成的统一模型理论与方法，结合现有CAD/CAM/CAE集成理论的特点，提供统一模型下的CAD/CAM/CAE集成数据，发展和提高集成系统。该方向除具备专业方向1.4所具备的基础外，还需要学习数据结构与数据仓库、网络、数据表示及国际数据标准学等。
本方向适合于博士研究生培养与发展。
3、支持CAD、CAM、CAE的基础理论。主要研究现代微分几何、奇异几何、组合优化算法、计算力学、计算流形等基础理论。包括：
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支持CAD建模的基础理论：研究现代流形理论与CAD造型、变形几何理论等。该方向除具备专业方向1.1所具备的基础外，还需要学习现代微分几何、拓扑学、李群、同调等现代数学。
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加工环境与损伤机理：研究加工过程与表面损伤的关系，为精细数控加工工艺提供支持理论。该方向除具备专业方向1.2所具备的基础外，还需要学习材料学、损伤力学、切削力学与表面力学等。
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微细观结构与表面质量：研究材料微细观结构与加工质量建模理论，为表面精加工工艺提供支持理论。该方向除具备专业方向1.2所具备的基础外，还需要学习细观力学、材料学、损伤力学、切削力学与表面力学等。
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几何结构于力学性能的影响：研究物体表面几何内蕴量与力学量之间的关系，例如曲率于变性能、摩擦等等，为现有CAE提供支持理论。该方向除具备专业方向1.3所具备的基础外，还需要学习现代微分几何、变分理论、固体力学、理性力学、材料学等。
本方向适合于博士研究生培养与发展。
4、CAD、CAM、CAE软硬件平台的研究开发。主要依据工业生产的需求，研究开发CAD、CAM、CAE软硬件平台。包括：
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通用CAD、CAM、CAE软支持硬件平台研发：研究开发特定操作系统下的CAD、CAM、CAE软硬件通用平台，为工业应用开发专用系统提供支持。该方向专业基础为：微分几何、造型理论、数值方法、程序设计及CAD、CAM、CAE软件系统的使用等。
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专用CAD、CAM、CAE软支持硬件平台研发：研究开发特定需求的CAD、CAM、CAE软硬件平台，为专业产品服务。该方向专业基础为：微分几何、造型理论、数值方法、程序设计及CAD、CAM、CAE软件系统的使用等。
学科专业发展规划图
新理论、新方法及其范畴
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