计算机辅助机械产品设计0901-1-1

PAGEPAGE12PAGEI第一章机械产品CAD概要本章学习提要目的：给出机械产品计算机辅助设计教程的整体知识架构，从而表达教程的主旨思想、基本原理与方法、所涉及到的技术与应用等，同时表明了知识架构各元素之间的关系及其学习方法。基础：（主要是复习，未学过的仅限于泛读）机械设计与制造专业教育课程，(1).机械设计基础，如：数学，物理，力学，工程图学，机械原理，机械零件，机制工艺，材料与处理，设计概论，实践经验等。(2).计算机构造与外围设备知识，如：电工学，模电，数电，计算机构造与原理，微机原理(硬件、软件)，单片（单板）机原理(汇编语言等)，计算机图形学基础，计算机操作基础(DOS\WINDOWS)，计算机语言基础(汇编语言,BASIC/C++/VB/VC++等)，数值分析(计算方法)等。(3).软件工程基础，如：近现代（离散、模糊、计算）数学，软件系统分析，系统设计，数据结构，数据库，实践经验等。指出基础的目的在于让读者构建自己在本学科领域的知识框架体系、知识架构及其层次性。重点：初步了解机械产品、设计过程、表征与工具、表征间的转换等问题的本质，也就是思维的本质与过程。其次是基于计算机（电脑）工作原理和机械产品设计表达目的的表达与处理方法。建立CAD的本质、思想、方法、技术等的理论基础和基本要点等基本概念及其架构。方法：为达到目的，需要了解学科发展、发现问题、利用技术、解决课题。了解的概念逻辑层次是：思想、理论、方法、技术、工具等。不但了解技术应用，还要了解技术的理论基础，以便获得一个一般化的思想与方法，同时弄清楚理论研究和工程实际问题以及它们之间的相互关系。了解机械产品及设计过程的历史、现状、发展；了解电子技术的历史、现状、发展，尤其是计算机软件、硬件及其外围设备的历史、现状、发展；了解机械CAD的基本概念、基本框架、发展简史、应用领域，尤其是机械行业中的应用现状等。将自己所学知识及其体系结构和本课程的知识要求及其扩展相融合，达到同化。根据个人的学习习惯和基础水平，结合本书目的，确定自己的学习方法、学习计划、采取的措施和要达到的目标。复习已经学过的知识，补充必要的知识，并整理成为个人的知识新体系。通过回顾历史，学会从发展过程中了解与机械CAD相关的学科及其发展，学会从历史的演变中把握新问题、学习新知识。也就是在已经掌握的知识基础之上学习新知识，确定自己在机械CAD领域的主攻方向和未来的个人发展。1.机械产品及设计过程内容与表征1.机械产品及设计过程内容与表征2.计算机的信息处理方法与软件的作用3.机械产品及设计过程的计算机辅助客观存在与环境、人的感官与认知理解、大脑思维与心理表证、大脑思想与结果的输出综述本章论述的目的，在于给出机械产品计算机辅助设计教程的整体架构，以表达教程的主旨思想、基本原理与方法、涉及到的技术与应用等。主旨思想是：机械产品是人造物，人造物是人的大脑思维的产物。思维需要过程，就是信息处理的思维操作序列；思维需要运用由人的感官获得的各种表现形式的知识，就是人的大脑所能理解与存储的心理表征形式。对于机械产品设计来说，就是人利用感官从自然环境、客观现实获得情景、图像、声音等等信息，在脑内形成心理影像；为了理解而将各种感知信息（情景、图像、声音等）转换为形象、抽象的图形形式；为了理解更复杂的问题，经过脑内处理，也就是经过对图形等的特征识别、属性提取和归纳、构造重组等思维操作获得语言文字表达的抽象形式，这就是产品概念、功能与概念产品。由于产品功能的实现是产品行为的结果，而产品行为的载体是产品构造，因此将产品概念或说将概念产品的抽象形式（语言文字表征）转换为形象的图形表征就成为一个至关重要的关键环节。根本的创意与创新就发生在这里。有了表达功能的图形形式（构造），接下来的问题就是构造的性能问题，也就是产品的性能对于功能的满足程度问题，它涉及到技术约束与冲突消解、制造约束与冲突消解等问题。仍然会有语言文字与图形的两种表征形式及其思维处理，由于其实两种表征的转换。这样看来，计算机的辅助问题就清晰了许多。作为信息处理机器或称之为电脑的计算机，在机械产品的设计过程中，要担当的角色就是进行语言文字处理、图形处理、两者的转换等工作。到目前为止，计算机从图像到图形的处理与转换尚不成熟，在语言文字与图形间的等价转换也尚不成熟；虽然有商业化的语言文字处理软件、有商业化的图形处理软件（二维与三维）、有人工智能技术等，但与人的大脑相比仍相去太远。但终究可以在机械产品设计的多个环节上，已经可以应用计算机辅助技术了。论述的顺序为：机械产品在大脑中形成的过程、处理方式与表征；计算机的特点、处理方式与内外表征；机械产品在计算机中的处理方式、内外表征与人机交互。这体现了先有大脑思维，后有计算机辅助及其交互的特点。介绍计算机知识的目的在于理解计算机的表征与处理问题的方法与本质，这一点对机械工程师在计算机应用领域进行拓展尤为重要。一般说来，人们已经习惯于用语言（这里指言语和文字）来叙述，可很少注意语言阐述的局限性。首先，用语言阐述是串行的，是沿着时间方向或依据时间序列行进的。而对所阐述的问题与对象具有结构性特点时，就是说，所表达的概念内涵的属性、特征的关系是结构型的、图式的，语言表述就有其局限性，多层结构与复杂结构问题更是如此。有的关系表现为队列型的前后关系、树图型的层次及并列关系、网状图的交叉互联关系等。在机械产品研究中，尤其是图形结构、构造问题、由等价的多属性构成的概念、由底层概念向上抽象出上层概念（或说从小概念向上抽象成大概念）等情形的表述等，会出现语言描述造成的不便。尤其是说者与听者之间的心理情景还存在还原难以重合，从而造成误解或难理解（表达的可理解性）。因此，本书较多的采用结构化的、图式表达形式，以便读者更好的理解作者要表达的思想、概念、方法、技术和内容。其中：本章内容结构的表达形式就是例证。这也就是把书读薄的方法、抓住要点与本质、抓住基本概念的归类与抽象的方法。对计算机辅助设计的对象（机械产品）的特性、辅助方法与技术、辅助工具（计算机的基本构造与工作原理）特性与运用、机械产品及其设计过程中涉及到的内容的表达方式与转换等作一个整体的简介，可以把握思想层，也就是抽象层、大概念层的基本架构。这个架构包含本教程的主旨思想及该思想所囊括的属性集合与关联（表达思想概念的内涵、外延及其关联）。语言文字行为图形转换处理自然环境、图像及其人的感官所及的物理实在计算机语言数据结构计算计算法及内部表征意向表征：属性、特征及组合与架构—语言文字行为图形转换处理自然环境、图像及其人的感官所及的物理实在计算机语言数据结构计算计算法及内部表征意向表征：属性、特征及组合与架构—形象表征与图式脑外表征：习惯表征：学科表征：感知觉处理等意识、思维的处理等心理表征：子概念及组合—抽象表征与文字电脑输入方式处理计算机内部转换等计算机输出显示器等的电脑外表征：习惯表征：学科表征：图1-1信息加工理论下机械产品的设计过程与表征机械产品形成过程的阶段性、结果与再抽象表征情景、图像图形图形图像、三维实体语言文字市场分析产品规划概念产品性能设计制造客观存在客观存在为了弄清楚机械产品的计算机辅助设计问题，首先对该问题应该有一个恰当的提法，以便弄清楚问题的要害。按照信息加工理论的观点，将机械产品及其辅助设计问题的提法表述为：机械产品是什么？它是怎样产生（形成）的？如何表达它？这是所有问题的出发点。什么是设计过程？设计过程为什么要分层（段）？如何分层（段）？层间如何转换？机械产品在客观世界中、在大脑内外是怎样被描述和表达的，为什么是这样？计算机在机械产品形成中起什么作用？在整个形成过程中怎样起作用？机械产品在计算机世界中、在计算机内外是怎样被描述和表达的，为什么是这样？针对上述提法，机械产品及其辅助设计问题，也就是信息加工观下的机械产品设计原理，或说机械产品及其辅助设计问题的解决方法，分为四个部分回答（阐述）：信息加工工具—大脑与电脑（请允许电脑与计算机两词的混用）的特性与工作原理。这主要涉及工具与手段问题。信息加工方法：大脑加工方法（认知、理解、心理表征、信息处理（思维、思考）、信息输出等）与电脑加工方法（输入、处理、输出、操作序列等）。这主要涉及过程问题。信息加工对象与表征：机械产品的表征（大脑内外的形象、抽象表征、电脑内外的表征）及其有表征带来的阶段性问题，机械产品的表达目的、内容与表达形式、方法等问题。这主要涉及表达与理解问题；信息加工对象表征的转换：最主要的是文字与图形的转换、功能与结构的转换、行为与功能的统一、产品概念与构造载体的统一、大脑与电脑内部、外部、内外部的转换等。这个问题有点像翻译（中文与西文、古文与现代文等）问题，是个难点，对计算机而言尤其如此。一般说来，机械产品计算机辅助设计问题，应该抓住机械产品设计的“过程”这个核心。过程是序列的集合，对于机械产品设计过程，要弄清楚过程的阶段性及其内容、各阶段的设计方法及其工具、各阶段涉及的技术及其知识、各阶段性结果的表证及其阶段间的转换等。所有这些都存在人脑与电脑的输入输出、内部处理与表证等问题。按照问题所涉及概念的层级与大小，逐步阐述问题提法的细节，问题的解决方法也随后阐述。机械产品是什么图1-2现实世界中的机械产品什么是机械？利用力学原理组成的各种装置，这些装置可由零件装成或产生有用功，以替代人力，降低劳动强度，提高工作效率（时间问题），就是机械。什么是产品？因目的性而由人通过工厂生产出来的物品，是一种人的意愿或所思所想的结果。机械产品就是人们的意愿或所思所想的结果，并通过工厂生产出来的。还可以说：机械产品是劳动工具，用于减轻人的劳动强度、提高生产效率，可以用于人们之间的交换（商品属性）。机械产品是人造物—是人类智慧的结晶，是人大脑思维的产物，是人们思想意识的物质实现。机械产品是三维实体，是人们思想意识之物质实现的表征方式，等等。这些都是从人们对自然世界的理解与表现形式、表达方式等方面指出机械产品的属性。参见图1-2所示的现实世界中的机械产品。哪些属性的表述，适合于阐述机械产品的设计问题呢？图1-2现实世界中的机械产品作为人造物，机械产品是大脑思维的产物。大脑思维需要两个方面，一是思维的材料，也就是通过感觉获得并储存在大脑中的信息，或称之为思维资源。另一个是对大脑中储存信息（思维资源）的处理，包括分类、分层、转换（抽象与形象、各种感觉获知）、抽象、结构组织、理解、形象化表征、输出方式（言语、形、行为等的生成）确定等等。由于问题的复杂性（由人大脑的理解能力所界定的）、大脑处理信息时使用短时记忆的信息块（7±2）的有限性、各种知识的心理表征的多样性等，使得这种处理需要一个过程（识别、认知、理解、重组、判断、评价等环节组成）。这个过程就是机械产品在脑内形成的过程，它是产品设计的核心。VLDNW图1-3不同的表征代表着同样的机械产品机械产品是如何被创造出来的呢？人对概念与知识（图像、环境、情景、文字、声音表达）的掌握，是通过感觉器官等感觉系统与大脑思考相互作用的认知过程进行的，概念与知识是感觉与认知过程产生的结果。如何表达大脑内的知识呢？如何表达大脑的所思所想及其结果呢？人们是不能直接相互感觉对方的脑内表征的。一般说来，人们使用言语，是发声说话的时间序列（串行）、是要表述内容的逻辑结构的（并行或拓扑与图），也就是要表达感觉信息与思维结果的情景再现。人还可以通过行为表达方式，如利用动作行为的结果—图形方式表达所思所想的构造特性与整体性特点。还可以使用大脑可以直接理解的方式，也就是使用符合各个学科特点、习惯的模型等方式表达其某个方面（属性）的本质。各种表征被用于交流（视觉、听觉）、再理解（辅助信息块的数量）、情景再现等。这些表征使得机械产品的表达具有了多样性，这种多样性随着机械产品的复杂程度而变化。参见图1-VLDNW图1-3不同的表征代表着同样的机械产品什么是设计什么是设计？其原意是：做某件事情或某种东西以及如何做某件事或某种东西的计划。机械产品设计就是对人的意愿或所思所想的形成过程的计划（规划），这个规划包括了机械产品本身属性、形成产品时涉及到的过程属性及过程中牵涉到的所有问题（如：工具、手段、方法、技术等）。对设计提法的恰当阐述就是要解决机械产品是怎样被构思出来的，设计提法越接近问题概念的实质（本质），就能越清晰的理解和进行设计活动。构思就是知识、信息的组织，构思需要大脑内部的一系列的活动，这些活动在时间上是由一连串的子活动构成的，在空间上是由一系列的子活动构成的一个个结构来表征的。这些活动包括认知、理解、思维、记忆、操作等。对所有的活动做出规划，经过实施、处理并最终表达出来，其结果便是机械产品。所有活动的连续思考、操作序列就是过程。这就是人们常说的机械产品设计是人类的创造性活动。由此可见，设计需要一个过程（时空序列），该过程所涉及到许多内容，而所有内容需要事先安排规划，以便交流、评价、重用、协同等。涉及到的内容多，表达形式多，而大脑处理又受制于大脑信息处理的信息块容量7±2的制约，在必要的阶段又要进行评价，确定其相应的结果是否合乎最初的需求，是否合乎实际情况和科学规律，不要将错误后置等等，对设计过程进行阶段性划分则就成为必然。如若将设计过程，也就是思维过程从大脑内呈现出来，机械产品的获得（设计）需要三条并行的发展过程，这些过程是交互的、交错的、互相补充协调的。如图1-4、1-5所示。脑外客观世界中的机械产品模型世界（传统与计算机）中的机械产品脑内主观世界中的机械产品—脑外客观世界中的机械产品模型世界（传统与计算机）中的机械产品脑内主观世界中的机械产品—心理表征交互图1-4大脑思维与设计过程人的心理所体验（大脑理解）与表征大脑输出所显示（信息载体与内容）机械产品及设计过程的表征概念产品的（一般）抽象表征环境市场用户问题概念产品的（具体）形象表征映射对应指证表征转换技术施工成本冲突处理属性聚集属性分散图1-5机械产品设计过程—抽象形式表达图像、图形的特征提取、归类与重组特征、属性的图形化与实体化为什么要谈表征呢？依据前述问题的提法和信息加工理论，大脑（包括电脑）的信息处理是对特定的信息形式进行的，也就是说要有特定的信息表征形式，才能使用相应的方法来进行加工处理，所有的信息表征形式都是为大脑的理解而呈现的。另一方面，概念产品的（一般）抽象表征环境市场用户问题概念产品的（具体）形象表征映射对应指证表征转换技术施工成本冲突处理属性聚集属性分散图1-5机械产品设计过程—抽象形式表达图像、图形的特征提取、归类与重组特征、属性的图形化与实体化机械产品设计的整个过程，实际上是连续不断的演变过程。人们可以在需要的时刻，选择整个过程的某个瞬间的某个断面的特征来表达该机械产品，以便进行评价。这涉及到两个方面，机械产品的表征与设计过程的表征。机械产品表征是阶段成果、结论或终结值。设计过程表征是活动序列的编排、信息处理的操作序列编排及其方法与工具等。设计过程表征可用传统的阶段性的表达形式来理解。参见图1-6所示。机械产品的表征主要是以设计目标为核心的层层转换或生成。这种表征的层次性可以是按照思维的逻辑性，从抽象层到具体层。也就是通常说的由上至下的设计方法，它是由人的心理学天然本性造成的。设计过程的表征主要体现机械产品不同阶段的表征生成与演进，各阶段表证的转换、评价，各子进程结果控制等等所构成的设计时序和空间架构，也表达了机械为产品形成全过程的规划。如何表达所图1-6机械产品的工程设计过程与处理内容大脑或计算机处理设计管理需求分析产品规划概念设计技术设计施工设计需求者：市场、用户、问题制造与营销设计的机械产品？机械产品图1-6机械产品的工程设计过程与处理内容大脑或计算机处理设计管理需求分析产品规划概念设计技术设计施工设计需求者：市场、用户、问题制造与营销什么是计算机辅助计算机辅助的本质是什么？这里分两点说明。计算机是什么？辅助意味着什么？先来说辅助，为了有效理解机械产品及其设计，并针对大脑短时记忆对信息容量的局限和采用信息块进行心理表征及信息处理的特点，尤其是对于必须用构造特征（结构问题）来表达的问题，图形图像式的形象思维是最有效的。其最佳理解与思考是通过视觉来感知结构性问题，用笔墨纸张、黑板类介质等通过行为（手和笔）绘制与连接而在脑外作辅助进行思考。这些辅助方式如：核心概念的文字表达、符号替代、草图架构、简图原理等。这些辅助是在脑外进行的，这些辅助改用（电脑）计算机会是什么样呢？是应用了一个新的多功能、多形式的工具。再来说计算机是什么？对机械产品设计者来说，它是一个集成的可以通过人机对话的方式辅助处理和表达信息的工具。这个工具处理问题的多样性，处理方式的多样性，尤其是对机械产品的表征能力、对心理表征的可视化表现手法等，使其成为替代传统的（手和笔、行为）核心概念的文字表达、符号表达、草图架构、简图原理等的更有效手段。它对人的心理表征的表述更加多样性，更加灵活，更加利于理解和信息交换。它的动态表达能力、精确表达能力等等，使得可以辅助处理机械产品设计中涉及到的许多问题，尤其是可以协助大脑进行信息处理而不仅仅是辅助表达。作为一个集成的、具有强大处理与表征功能的交互式辅助设计工具或说是信息处理机器，其工作原理、操作控制方式，信息的输入、表达方式与处理结果输出方式等都应尽量符合人的常规习惯方式（认知与感官特性）。也就是人对问题的可理解性。人与人之间用语言和行为（文字书写或图形绘制等）进行交流，人和计算机之间的信息交换主要通过鼠标、键盘与显示器，而显示形式比输入方式要更符合人的认知理解习惯。输入方式是可以经过大脑进行转换而适应设备特点的，计算机输出则要符合人的信息接收特点，尤其是构造问题的可理解性特点。这是对计算机辅助的最基本要求，也是计算机辅助设计技术的研发目标。如：计算机图形学、参数化设计、特征化处理等已经取得相当高的水平。计算机辅助的提法，在计算机辅助机械产品设计方面，除过信息交换的方式（输入/输出形式）需要了解以外，还必须仔细阐述所处理信息的内容和方式（计算机的内部处理机制），实质上仍然是表征问题。在内容方面主要涉及到文字、数据、图形等，而处理方式则应和内容相应。虽然计算机最基本的、最底层的处理方式是二进制的数据计算，但在计算机语言表述的阶段或说层面，却应符合人的理解方式与能力，这就涉及到计算机语言问题。在人与计算机的交互时段，人的思维可以按照常规的（习性的）心理表征来进行，计算机则不然，需要人预先设置与模型化等一些列环节。当然，由于计算机的输入输出与处理方式，人的思维模式会获得一些改变（如三维构造设计软件），以便适应计算机的处理方式。因此，需要对计算机的基本问题进行阐述，以便正确理解计算机的处理结果（显示）。这就是本书专门一章阐述计算机的目的和意义。计算机辅助机械产品设计已经渗透到设计过程的各个环节和阶段，虽然还不能达到整个设计过程的连续的自动化处理。诸多的商业化软件，已经可以提供整个过程中大多数环节的计算机化处理。软件的综合运用，已经使得机械产品的设计过程面目一新。随着计算机技术的进步、数据交换的统一和顺畅，计算机对机械产品自然性表征的深入，机械产品设计的计算机自动化处理终究可以实现。书中涉及到的计算机辅助机械产品设计，主要有软件应用和软件开发两个方面，同时将渗透对计算机辅助设计的思想、方法、技术等方面的科学研究。软件应用涉及到AutoCAD、CAXA、Pro/E、SolidWorks、UG、ADMAS、MALAB、ANSYS、……；软件开发涉及到二次开发和软件产品开发，这将会牵涉到软件工程与开发技术方面的一些基本知识（RUP/UML/XML/VC++/VB/VF/……）。机械产品形成过程、表征与计算机运用阐述这个问题，是想对计算机辅助机械产品设计的提法从人的理解这个本质点进行一些说明，以便从本原上（也许是哲学、认知科学的层面）把握其实质。同时对设计过程中理解后的、恰当的表达给与说明。一般说来，自然物为不经人力干预而天然生成之物，在地球上原本就有的或经过自然作用而天然产生的。人造物则是经过人的处理和参与而成之物。作为人造物，必然有人为的要素，是人类创造性实践活动的产物。人通过认知而将自然物、前人的人造物等作为知识存于脑中。在人造物之前，先在大脑内部思考，其后用适当的形式在脑外表达所思，通过交流、评价，最后通过加工制造而实现。这些实现通过各种形式加以保存，以备重用或传承。机械产品作为人造物，其人的要素也体现在，思考时要有思维资源，并由一系列的思维操作（时间的、逻辑的等）序列构成。思维资源在大脑中有其表现形式和记忆（存储）方式，它们是人们用已经理解的方式储存的。概念,知识简图,文字模型示意图原理图机械特征体工程图轴测图虚拟三维图客观实体图1-7人的认知、思维、表征及其过程什么是理解？这是个抽象复杂但有趣的问题。简单说来，理解就是人们根据事实性知识（如：钢铁比木头硬）、常识性知识（如：一年有四季）作基础来判断新知识的事实性。用事实性知识、常识性知识作基础知识元，经过重组、同化、组合、变异、类比、归纳、抽象等方式获得对基础知识元组建的合成知识或称作复杂知识的组合、表达与记忆，也就是确认了作为一个整体知识单元的复杂知识的事实性（学习过程的结果、目的性）。就此作依据而获得对复杂知识、新（陌生）知识的理解—即承认为事实，这就是理解。这也就是表达知识之概念的层次性问题。参见图1-7所示。如对市场或需求的理解而产生机械产品概念；将产品概念转换为实现功能的结构或构造—行为的发生者、功能的载体；将构造转换成为物质实体而检验其功能达到的程度等。结果又获得新的理解。人们用已经理解的方式储存在大脑中，在脑外又要用某种形式来保存，以便概念,知识简图,文字模型示意图原理图机械特征体工程图轴测图虚拟三维图客观实体图1-7人的认知、思维、表征及其过程思维有思考方式或称之为思维方式。思维方式在大脑中有其形式，它受人的理解力（对形象、抽象、事实与常识性知识的组合知识等的比对或关联能力）及其经历所造成的习惯影响。同时还需要在脑外采用相应的辅助形式协同（短时记忆的信息块数量制约）。思考还要有思考过程或称之为思维过程，这些思维过程在大脑中有其时序与逻辑进程，在脑外需要相应的表达形式协同。这些问题对机械物产品设计来说，基本上可以划分为数与形、抽象与形象、文字符号与图形等理解、表达与翻译问题。图1-8机械产品的认知与思维的脑外表征客观实体简图示意图原理图概念与知识工程图轴测图虚拟三维图符号文字参数L,ED,s图1-8机械产品的认知与思维的脑外表征客观实体简图示意图原理图概念与知识工程图轴测图虚拟三维图符号文字参数L,ED,s表达为什么这么复杂？古代的人们，对工具的制作是单人脑力与手脚可及，从自然与经历中获得概念，利用心理表征，边想边做边改（心理表征的信息处理），即设计和加工并行且无需文档，所有的重用问题一颗大脑即行。在没有办法脑外记载、传承的条件下，就有师傅带徒弟之历程。古老传统过程的师父带徒弟学什么？怎么学？主要是通过看与操作等行为方式与物质结果的变化进行模仿以便重现。也就是说设计概念的形成与设计思想的可视化，设计成果的物质化是一体的。从简单工具发展到现代机械，问题的复杂性增加，单人的大脑一次性处理困难，制造过程趋于冗长，涉及因素多样，设计与制造同时并融的方式逐渐分离。机械复杂性及技术需求等的多样性使设计过程被多方分解，出现了众多人员参与的团队设计过程，为提高效率的并行工作方式等等。设计参与者应用不同的方法、技术、工具参与设计，按照各个学科与人们的习惯表征方式来表达所思的结果，合成时却要用共通的方式来表达，可以称之为机械工程师语言。文字的出现，摄影术、摄像术等的出现，使得现代设计者从书本学，在实践中体会，通过阅读与理解产生思维与心理再现，从而实现重用。在复杂多样的机械产品设计中，计算机参与产品设计的信息处理，极大的加强加了人脑的部分功能。计算机的输出实现了在不同阶段大脑思维所用的不同形式的心理表征的外部可视表达。人类积累的表达实体、思维结果的方式方法，符合人类的认知与理解习惯—视觉、听觉、触觉等感官。计算机表达结果，也就是输出、显示也应符合人类的认知与理解习惯—视觉、听觉等。对于计算机还应符合其以数据方式在内部处理问题的特点。如在计算机图形学中，涉及到图形系统—显示器、扫描、输入、硬拷贝等，而输出图元与显示器显示方式、生成算法、输出图元的属性—线型、色彩、两度、填充、反走样等有关。与二维图形及其变换—二维几何变换、二维观察—坐标、视窗、剪裁、图形编辑—结构、层次、块、图形用户界面、交互内容、方法等有关。与三维概念：三维物体的要求、表示方法—多边形、曲线、曲面、结构实体及其表达、三维图形变换、三维观察—坐标、视窗、剪裁，可见面、光照模型与面绘制、颜色模型与应用、与图形运动与动画等有关。因此，计算机辅助设计最根本的是要解决机械产品及其过程的计算机内外表征。