1. 項(xiàng)目概述當(dāng)大模型遇上CAD設(shè)計(jì)最近在AI與工程設(shè)計(jì)的交叉領(lǐng)域一個(gè)名為CADSmith的項(xiàng)目引起了我的注意。這個(gè)項(xiàng)目直指一個(gè)核心痛點(diǎn)如何讓大語(yǔ)言模型LLM不只是生成描述性的文本或代碼而是能真正產(chǎn)出符合嚴(yán)格工程規(guī)范的、可直接用于制造的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD模型。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)CADSmith是一個(gè)多智能體系統(tǒng)它通過(guò)多個(gè)分工協(xié)作的“AI工程師”將自然語(yǔ)言指令比如“設(shè)計(jì)一個(gè)能承受5公斤負(fù)載的L型支架”轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的CAD文件并且最關(guān)鍵的一步是它引入了一個(gè)程序化幾何驗(yàn)證環(huán)節(jié)來(lái)確保生成的模型在幾何上是正確、封閉且可制造的。這聽(tīng)起來(lái)像是將“一句話生成圖片”的AIGC模式升級(jí)到了更硬核的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但稍有工程經(jīng)驗(yàn)的人都知道CAD設(shè)計(jì)和畫圖有天壤之別。畫圖可能只關(guān)心外觀而設(shè)計(jì)必須考慮幾何約束、裝配關(guān)系、材料屬性和制造工藝。一個(gè)在屏幕上看起來(lái)完美的模型可能在幾何上存在未縫合的縫隙、自相交的面片或者存在零厚度等不可制造的缺陷。CADSmith的“程序化幾何驗(yàn)證”正是為了解決這個(gè)問(wèn)題而生它試圖在AI生成的設(shè)計(jì)流程中嵌入一個(gè)自動(dòng)化的“質(zhì)檢員”用代碼和算法來(lái)檢查模型的幾何健康度。對(duì)于機(jī)械工程師、產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、建筑信息模型BIM工程師以及所有從事CAD相關(guān)工作的朋友來(lái)說(shuō)這個(gè)方向極具吸引力。它意味著設(shè)計(jì)迭代可能從“小時(shí)級(jí)”縮短到“分鐘級(jí)”初級(jí)工程師可以借助AI快速完成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資深工程師則能將精力集中于更高層次的創(chuàng)新和優(yōu)化。當(dāng)然它也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)如何定義“好”的CAD模型驗(yàn)證規(guī)則如何制定AI生成的模型如何與現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)如GDT幾何尺寸與公差對(duì)接接下來(lái)我將結(jié)合對(duì)多智能體系統(tǒng)和CAD開(kāi)發(fā)的理解深入拆解CADSmith的核心思路、實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)以及它可能開(kāi)啟的應(yīng)用場(chǎng)景。2. 核心架構(gòu)多智能體協(xié)同的設(shè)計(jì)流水線CADSmith不是一個(gè)單一的、龐大的模型而是一個(gè)由多個(gè) specialized agents專業(yè)化智能體組成的協(xié)作系統(tǒng)。這種架構(gòu)設(shè)計(jì)非常符合現(xiàn)代軟件工程和復(fù)雜任務(wù)處理的理念——分而治之各司其職。我們可以把這個(gè)系統(tǒng)想象成一個(gè)微型的、全自動(dòng)化的設(shè)計(jì)公司。2.1 智能體角色分工解析通常一個(gè)完整的CAD設(shè)計(jì)流程會(huì)涉及需求分析、概念草圖、詳細(xì)建模、工程分析、出圖標(biāo)注等多個(gè)環(huán)節(jié)。CADSmith的多智能體系統(tǒng)模擬了這一流程其核心可能包含以下幾類智能體需求解析與規(guī)劃智能體這是系統(tǒng)的“產(chǎn)品經(jīng)理”。它接收用戶的自然語(yǔ)言指令如“設(shè)計(jì)一個(gè)用于無(wú)人機(jī)機(jī)架與電機(jī)連接的碳纖維板需要4個(gè)M3的螺絲孔板厚2mm重量盡可能輕”。它的任務(wù)是將模糊的需求轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的、可執(zhí)行的設(shè)計(jì)任務(wù)列表Task List。這包括識(shí)別關(guān)鍵參數(shù)板厚2mm、孔規(guī)格M3、約束條件材料碳纖維、連接對(duì)象、優(yōu)化目標(biāo)重量最輕以及隱含的規(guī)則螺絲孔需要有沉頭或通孔是否需要考慮應(yīng)力集中。這個(gè)智能體輸出的是一份機(jī)器可讀的“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)”。幾何生成智能體這是系統(tǒng)的“建模工程師”。它根據(jù)“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)”生成具體的幾何創(chuàng)建指令。這里的關(guān)鍵在于“指令”的形式。它不太可能直接輸出STEP或STL這樣的網(wǎng)格文件更可能輸出的是參數(shù)化建模的歷史樹(shù)或構(gòu)造性實(shí)體幾何CSG描述。例如它可能生成一系列Python腳本調(diào)用像OpenCASCADE、PythonOCC或CADQuery這樣的幾何內(nèi)核庫(kù)執(zhí)行“創(chuàng)建草圖 - 拉伸凸臺(tái) - 打孔 - 倒圓角”等操作。這種程序化生成的方式為后續(xù)的驗(yàn)證和修改留下了完美的接口。程序化驗(yàn)證智能體這是系統(tǒng)的“質(zhì)量檢測(cè)員”也是CADSmith的靈魂。它接收幾何生成智能體輸出的模型可能是B-Rep邊界表示模型并運(yùn)行一系列預(yù)定義的幾何檢查程序。這些檢查包括但不限于拓?fù)錂z查模型是否為封閉的實(shí)體Solid是否存在游離的邊Wire或面Face所有面是否正確連接幾何檢查是否存在自相交的面曲面的曲率是否連續(xù)G1 G2連續(xù)性是否存在奇異點(diǎn)或退化邊可制造性檢查是否存在低于指定閾值的薄壁區(qū)域倒角或圓角半徑是否小于加工刀具的半徑孔深是否合理語(yǔ)義一致性檢查生成的模型是否滿足了“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)”中的所有要求例如螺絲孔的數(shù)量、位置、規(guī)格是否正確板厚是否為2mm 這個(gè)智能體不僅報(bào)告“通過(guò)/失敗”更能定位問(wèn)題所在例如“面F12與面F35之間存在0.01mm的縫隙”并將診斷報(bào)告反饋給其他智能體。迭代優(yōu)化與協(xié)調(diào)智能體這是系統(tǒng)的“項(xiàng)目經(jīng)理”。當(dāng)驗(yàn)證智能體發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)協(xié)調(diào)智能體會(huì)評(píng)估問(wèn)題的嚴(yán)重性并決定如何修復(fù)。對(duì)于簡(jiǎn)單問(wèn)題如漏了一個(gè)倒角它可能直接指令幾何生成智能體進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足它可能會(huì)要求需求解析智能體重新評(píng)估設(shè)計(jì)約束甚至發(fā)起一輪新的設(shè)計(jì)迭代。它管理著整個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)直到輸出一個(gè)通過(guò)所有驗(yàn)證的模型。注意在實(shí)際系統(tǒng)中這些智能體角色可能是由同一個(gè)LLM實(shí)例通過(guò)不同的系統(tǒng)提示詞System Prompt來(lái)扮演也可能是由多個(gè)微調(diào)的專用模型來(lái)?yè)?dān)任。后者的性能可能更優(yōu)但成本和復(fù)雜度也更高。2.2 程序化幾何驗(yàn)證從“看起來(lái)對(duì)”到“確實(shí)對(duì)”“程序化幾何驗(yàn)證”是區(qū)分玩具和工具的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的AI生成CAD往往停留在“生成一個(gè)看起來(lái)像那么回事的3D網(wǎng)格”階段。而程序化驗(yàn)證是將工程領(lǐng)域的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)編碼成了自動(dòng)化流程。為什么必須程序化因?yàn)槿祟惖囊曈X(jué)檢查是不可靠且低效的。一個(gè)復(fù)雜的裝配體可能有成千上萬(wàn)個(gè)面微米級(jí)的縫隙肉眼根本無(wú)法察覺(jué)。而通過(guò)編程調(diào)用幾何內(nèi)核的API我們可以進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)計(jì)算。例如檢查模型是否封閉Watertight可以通過(guò)計(jì)算模型的體積屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)如果一個(gè)B-Rep模型能成功計(jì)算出一個(gè)正的、有限的體積那它在拓?fù)渖匣臼欠忾]的。驗(yàn)證的具體實(shí)現(xiàn)思路驗(yàn)證智能體很可能依托于一個(gè)強(qiáng)大的幾何內(nèi)核如OpenCASCADE。它可以執(zhí)行以下操作導(dǎo)入與修復(fù)首先將生成的模型可能是STEP文件或直接的內(nèi)存對(duì)象導(dǎo)入幾何內(nèi)核。執(zhí)行檢查算法BRepCheck_Analyzer這是OpenCASCADE中用于檢查形狀拓?fù)溆行缘膹?qiáng)大工具。ShapeFix_Shape這是一個(gè)形狀修復(fù)工具可以自動(dòng)嘗試修復(fù)一些常見(jiàn)問(wèn)題如微小縫隙、自相交等。驗(yàn)證智能體可以先嘗試修復(fù)再檢查修復(fù)后的結(jié)果。自定義檢查器針對(duì)特定領(lǐng)域規(guī)則如最小壁厚需要自己編寫算法。例如通過(guò)隨機(jī)或網(wǎng)格化采樣模型內(nèi)部空間計(jì)算點(diǎn)到最近表面的距離來(lái)評(píng)估最薄處。生成診斷報(bào)告將檢查結(jié)果錯(cuò)誤類型、位置、嚴(yán)重程度結(jié)構(gòu)化成JSON或自然語(yǔ)言報(bào)告反饋給協(xié)調(diào)智能體。# 一個(gè)簡(jiǎn)化的偽代碼示例展示程序化驗(yàn)證的思路 import cadquery as cq from OCC.Core.BRepCheck import BRepCheck_Analyzer from OCC.Core.TopoDS import TopoDS_Shape def programmatic_validation(shape: TopoDS_Shape): 對(duì)輸入的幾何形狀進(jìn)行程序化驗(yàn)證 issues [] # 1. 拓?fù)溆行詸z查 analyzer BRepCheck_Analyzer(shape) if not analyzer.IsValid(): issues.append({type: TopologyError, message: 模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)效如存在裂縫、自相交}) # 2. 封閉性檢查簡(jiǎn)易版嘗試計(jì)算體積 try: mass_props cq.Workplane().add(shape).val().MassProperties() if mass_props[Volume] 0: issues.append({type: NonManifold, message: 模型非流形或未封閉體積計(jì)算異常}) except Exception as e: issues.append({type: CalculationError, message: f物性計(jì)算失敗: {e}}) # 3. 自定義規(guī)則檢查例如最小壁厚 # 此處需要更復(fù)雜的算法如射線投射或體素化分析偽代碼略 if check_min_wall_thickness(shape, 1.0): # 檢查壁厚是否小于1mm issues.append({type: Manufacturability, message: 存在壁厚小于1mm的區(qū)域可能無(wú)法注塑或易變形}) return issues這個(gè)驗(yàn)證環(huán)節(jié)的引入使得AI生成的設(shè)計(jì)不再是“黑箱”。它有了一個(gè)明確的、可量化的質(zhì)量出口標(biāo)準(zhǔn)這是將AI生成內(nèi)容應(yīng)用于嚴(yán)肅工程領(lǐng)域的前提。3. 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)與工具鏈剖析要讓CADSmith這樣的系統(tǒng)從概念走向可用需要一整套技術(shù)棧的支撐。這不僅僅是調(diào)用某個(gè)LLM API那么簡(jiǎn)單而是涉及AI智能體框架、幾何內(nèi)核、領(lǐng)域知識(shí)表示等多個(gè)層面的深度整合。3.1 智能體框架與LLM選型考量多智能體系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)目前有幾個(gè)流行的框架方向。CrewAI和AutoGen是其中兩個(gè)典型代表它們的設(shè)計(jì)哲學(xué)有所不同。CrewAI更像一個(gè)高度結(jié)構(gòu)化的“公司”強(qiáng)調(diào)角色Role、任務(wù)Task、工具Tool和流程Process的明確定義。它非常適合CADSmith這種角色分工清晰的場(chǎng)景。你可以定義一個(gè)DesignManager角色對(duì)應(yīng)協(xié)調(diào)智能體、一個(gè)CADEngineer角色對(duì)應(yīng)幾何生成智能體并為每個(gè)角色分配專屬的工具如調(diào)用OpenCASCADE的Python函數(shù)庫(kù)和目標(biāo)任務(wù)。CrewAI會(huì)負(fù)責(zé)智能體間的對(duì)話編排和任務(wù)接力。AutoGen則更靈活它基于“對(duì)話”范式構(gòu)建智能體協(xié)作。你可以配置多個(gè)具有不同能力和系統(tǒng)提示的AI助理AssistantAgent并通過(guò)一個(gè)用戶代理UserProxyAgent來(lái)協(xié)調(diào)它們完成復(fù)雜任務(wù)。它的控制流可以更動(dòng)態(tài)但需要開(kāi)發(fā)者精心設(shè)計(jì)對(duì)話邏輯。LLM的選型是另一個(gè)核心決策點(diǎn)。這里面臨一個(gè)權(quán)衡是使用一個(gè)通用的、能力強(qiáng)大的閉源模型如GPT-4還是使用在代碼和推理上表現(xiàn)優(yōu)異的開(kāi)源模型如DeepSeek-Coder, Codestral, Llama 3系列閉源模型如GPT-4優(yōu)勢(shì)在于強(qiáng)大的通識(shí)理解、推理和規(guī)劃能力。需求解析與規(guī)劃智能體非常需要這種能力。缺點(diǎn)是API調(diào)用成本高、延遲可能不穩(wěn)定且對(duì)于需要頻繁、精確調(diào)用本地幾何庫(kù)的操作通過(guò)自然語(yǔ)言中轉(zhuǎn)可能效率較低且容易出錯(cuò)。開(kāi)源模型本地部署優(yōu)勢(shì)在于可控性、隱私性和成本。對(duì)于幾何生成智能體它需要精確生成代碼一個(gè)在代碼數(shù)據(jù)集上精調(diào)過(guò)的70億或130億參數(shù)模型如CodeLlama可能就足夠勝任且響應(yīng)速度極快。你可以將它和幾何內(nèi)核部署在同一臺(tái)工作站上實(shí)現(xiàn)高效的內(nèi)循環(huán)。一個(gè)混合架構(gòu)可能是更務(wù)實(shí)的選擇用GPT-4等大模型做高層的需求分解和任務(wù)規(guī)劃低頻、高認(rèn)知需求用本地部署的代碼專家模型執(zhí)行具體的幾何生成和驗(yàn)證腳本編寫高頻、高精度需求。這樣既能保證對(duì)復(fù)雜指令的理解又能控制成本和保證生成代碼的可靠性。3.2 幾何內(nèi)核系統(tǒng)的“心臟”無(wú)論智能體多么聰明最終操作幾何實(shí)體的“手”都是幾何內(nèi)核。CADSmith必須與一個(gè)強(qiáng)大的幾何內(nèi)核深度集成。常見(jiàn)的選擇有OpenCASCADE開(kāi)源、功能全面是FreeCAD等開(kāi)源CAD軟件的基石。它提供了完整的B-Rep建模、布爾運(yùn)算、幾何分析和數(shù)據(jù)交換功能。通過(guò)PythonOCC或CadQuery綁定可以方便地用Python調(diào)用。它是實(shí)現(xiàn)程序化驗(yàn)證的理想后端。CADQuery這是一個(gè)基于Python的DSL領(lǐng)域特定語(yǔ)言底層封裝了OpenCASCADE。它的API設(shè)計(jì)非?！癙ythonic”和直觀類似于jQuery對(duì)DOM的操作。對(duì)于LLM來(lái)說(shuō)生成CADQuery代碼比直接生成OpenCASCADE的C調(diào)用要容易和可讀得多。# CADQuery示例生成一個(gè)帶孔的板 import cadquery as cq result (cq.Workplane(XY) .box(100, 50, 5) # 創(chuàng)建100x50x5的板 .faces(Z).workplane() # 選擇上表面 .pushPoints([(30, 15), (-30, 15), (30, -15), (-30, -15)]) # 孔中心點(diǎn) .hole(3.2) # 打M3螺絲孔直徑3.2mm .edges(|Z).fillet(2) # 對(duì)所有垂直邊倒2mm圓角 )商業(yè)內(nèi)核如ACIS達(dá)索系統(tǒng)或Parasolid西門子。它們通常更穩(wěn)定、性能更高但需要商業(yè)授權(quán)且開(kāi)源生態(tài)的綁定可能不如OpenCASCADE豐富。對(duì)于企業(yè)級(jí)應(yīng)用這是一個(gè)需要考慮的方向。在CADSmith的上下文中幾何內(nèi)核需要以“庫(kù)”的形式暴露給智能體。這意味著需要為智能體編寫一套工具函數(shù)Tools。例如create_extrusion(sketch, height),make_fillet(edge, radius),validate_watertight(model)等。這些工具函數(shù)封裝了底層內(nèi)核的復(fù)雜調(diào)用讓LLM能以更高階、更安全的方式操作幾何。3.3 領(lǐng)域知識(shí)注入與提示工程讓LLM理解“M3螺絲孔需要直徑3.2mm的預(yù)鉆孔”、“碳纖維板的層合方向影響強(qiáng)度”、“鈑金折彎需要扣除K因子”這些工程知識(shí)是另一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。我們不能指望LLM通過(guò)預(yù)訓(xùn)練就掌握所有細(xì)節(jié)。這就需要領(lǐng)域知識(shí)注入。知識(shí)庫(kù)RAG為系統(tǒng)配備一個(gè)可檢索的工程知識(shí)庫(kù)。當(dāng)用戶提到“M3螺絲”時(shí)系統(tǒng)可以自動(dòng)檢索出標(biāo)準(zhǔn)的孔尺寸、沉頭尺寸、扭矩要求等信息并作為上下文提供給生成智能體。精調(diào)Fine-tuning在高質(zhì)量的“設(shè)計(jì)任務(wù)-程序代碼”配對(duì)數(shù)據(jù)上對(duì)LLM進(jìn)行微調(diào)。例如收集大量類似“設(shè)計(jì)一個(gè)支架”的任務(wù)描述和對(duì)應(yīng)的CADQuery腳本。這能顯著提升模型生成準(zhǔn)確、符合慣例的代碼的能力。結(jié)構(gòu)化輸出與約束強(qiáng)制LLM以特定格式如JSON Schema輸出設(shè)計(jì)參數(shù)或規(guī)劃步驟。這減少了模型“胡言亂語(yǔ)”的可能使輸出更易于被下游程序解析和處理。思維鏈Chain-of-Thought與反思Reflection提示生成智能體分步思考“第一步我需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)基座草圖第二步拉伸第三步在正確位置創(chuàng)建草圖打孔...”驗(yàn)證失敗后提示它分析錯(cuò)誤日志“失敗原因是壁厚不足。我需要增加厚度或添加加強(qiáng)筋?！碧崾竟こ淘谶@里是系統(tǒng)級(jí)的。你需要為每個(gè)智能體角色精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)提示詞System Prompt明確其職責(zé)、可用工具、輸出格式以及與其他智能體的協(xié)作方式。例如給驗(yàn)證智能體的提示詞可能是“你是一個(gè)嚴(yán)格的幾何質(zhì)量檢查員。你的輸入是一個(gè)CAD模型和設(shè)計(jì)規(guī)范。你必須使用提供的check_topology、measure_thickness等工具進(jìn)行檢查并輸出一個(gè)包含問(wèn)題列表問(wèn)題類型、位置、建議修復(fù)方法的JSON報(bào)告。如果所有檢查通過(guò)報(bào)告為空列表?！?. 實(shí)操推演從指令到可制造模型的完整流程為了更具體地理解CADSmith如何工作我們推演一個(gè)完整的端到端流程。假設(shè)用戶指令是“設(shè)計(jì)一個(gè)連接兩個(gè)2020鋁型材的直角角碼使用M4 T型螺母固定材料為鋁合金6061需要考慮減重?！?.1 階段一需求解析與任務(wù)分解智能體需求解析與規(guī)劃智能體可能由GPT-4級(jí)別模型驅(qū)動(dòng)。輸入用戶自然語(yǔ)言指令。處理過(guò)程實(shí)體識(shí)別識(shí)別出關(guān)鍵實(shí)體“2020鋁型材”標(biāo)準(zhǔn)截面20x20mm、“直角角碼”、“M4 T型螺母”、“鋁合金6061”。參數(shù)提取隱含參數(shù)包括2020型材的槽寬通常為6mm或8mm需確認(rèn)、M4 T型螺母的尺寸約12.5x7mm、鋁合金的密度和機(jī)械性能。約束與目標(biāo)分析明確約束是“直角連接”、“使用T型螺母固定”。優(yōu)化目標(biāo)是“減重”。任務(wù)列表生成輸出結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)報(bào){ component_name: 2020_Aluminum_Profile_Corner_Bracket, requirements: { function: Connect two 2020 aluminum profiles at 90 degrees, fastener: M4 T-slot nut, material: Aluminum 6061, optimization_goal: Minimize mass while maintaining strength }, key_parameters: { profile_slot_width: 6mm, // 假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)槽寬 t_nut_dimensions: {width: 12.5, height: 7, hole_diameter: 4.2}, material_properties: {density: 2.7e-6} // kg/mm^3 }, sub_tasks: [ 1. Create basic L-shaped bracket geometry with appropriate thickness., 2. Design T-slot engagement features on the inner sides., 3. Add M4 clearance holes positioned for T-nut insertion., 4. Apply fillets to all sharp edges for stress reduction and safety., 5. Perform topology optimization or add lightening holes/cutouts for weight reduction., 6. Validate geometry for watertightness, minimum wall thickness (2mm), and manufacturability (e.g., CNC milling constraints). ] }4.2 階段二程序化幾何生成智能體幾何生成智能體可能由本地代碼模型驅(qū)動(dòng)如DeepSeek-Coder。輸入上述設(shè)計(jì)簡(jiǎn)報(bào)。處理過(guò)程選擇工具與策略智能體根據(jù)任務(wù)決定使用CADQuery進(jìn)行建模并選擇“先創(chuàng)建主體再添加特征最后減重優(yōu)化”的策略。生成參數(shù)化代碼智能體編寫CADQuery腳本。它會(huì)將關(guān)鍵參數(shù)如板厚、孔位、倒角半徑定義為變量便于后續(xù)調(diào)整。import cadquery as cq # 參數(shù)定義 BRACKET_THICKNESS 5 # 角碼厚度單位mm BRACKET_ARM_LENGTH 30 # 單邊臂長(zhǎng) T_SLOT_WIDTH 6 # 型材槽寬 T_NUT_WIDTH 12.5 HOLE_DIA 4.2 # M4螺絲間隙孔直徑 # 1. 創(chuàng)建L型基體 bracket (cq.Workplane(XY) .box(BRACKET_ARM_LENGTH, BRACKET_THICKNESS, BRACKET_ARM_LENGTH) # 第一個(gè)臂 .faces(Y).workplane() .box(BRACKET_ARM_LENGTH, BRACKET_ARM_LENGTH, BRACKET_THICKNESS) # 第二個(gè)臂與第一個(gè)垂直 .combine() # 布爾并集合并兩個(gè)實(shí)體 .edges(|Z).fillet(3) # 對(duì)垂直邊倒圓角 ) # 2. 創(chuàng)建T型槽卡扣特征簡(jiǎn)化示例在內(nèi)部切出與T型螺母配合的槽 # 這里需要更復(fù)雜的草圖繪制和切割操作偽代碼略 # 3. 打安裝孔 hole_positions [(10, 10), (10, -10), (-10, 10), (-10, -10)] # 示例孔位 for pos in hole_positions: bracket (bracket.faces(Z).workplane(centerOptionCenterOfMass) .transformed(offsetpos) .hole(HOLE_DIA) ) # 4. 減重設(shè)計(jì)在非關(guān)鍵區(qū)域添加減重孔或掏空 bracket (bracket.faces(Z).workplane() .rect(15, 15, forConstructionTrue) .eachPoint(lambda loc: bracket.cut(cq.Workplane().circle(3).extrude(-2))) # 切出減重孔 )執(zhí)行與中間輸出協(xié)調(diào)智能體調(diào)用Python解釋器執(zhí)行這段代碼在內(nèi)存中生成一個(gè)3D模型對(duì)象。4.3 階段三自動(dòng)化驗(yàn)證與迭代智能體程序化驗(yàn)證智能體 迭代優(yōu)化智能體。輸入階段二生成的3D模型對(duì)象。處理過(guò)程執(zhí)行驗(yàn)證套件驗(yàn)證智能體調(diào)用programmatic_validation函數(shù)或類似工具對(duì)模型進(jìn)行檢查。分析報(bào)告假設(shè)檢查發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題{type: Manufacturability, message: 減重孔之間的壁厚為1.5mm小于設(shè)定的最小壁厚2mm閾值}。決策與迭代迭代優(yōu)化智能體收到報(bào)告。它判斷這是一個(gè)局部可修復(fù)問(wèn)題無(wú)需推翻重來(lái)。它生成一個(gè)新的任務(wù)給幾何生成智能體“將減重孔的直徑從6mm減小到5mm以增加孔間壁厚?！敝匦律膳c驗(yàn)證幾何生成智能體修改代碼circle(3)-circle(2.5)重新生成模型。驗(yàn)證智能體再次檢查此次所有檢查通過(guò)。最終輸出系統(tǒng)輸出最終的、通過(guò)驗(yàn)證的CAD模型文件如STEP格式并附帶一份設(shè)計(jì)報(bào)告列明所有參數(shù)和通過(guò)的驗(yàn)證項(xiàng)。這個(gè)流程展示了多智能體如何通過(guò)“生成-驗(yàn)證-反饋-修正”的閉環(huán)將模糊的需求轉(zhuǎn)化為可靠的工程成果。每一次迭代都通過(guò)程序化驗(yàn)證來(lái)保證質(zhì)量底線使得AI生成的設(shè)計(jì)不再是“一錘子買賣”而是一個(gè)可控的、可優(yōu)化的過(guò)程。5. 潛在挑戰(zhàn)、應(yīng)用場(chǎng)景與未來(lái)展望盡管前景誘人但將CADSmith這樣的系統(tǒng)投入實(shí)際應(yīng)用仍面臨一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。5.1 面臨的主要挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)思路幾何復(fù)雜性與創(chuàng)造性限制當(dāng)前的LLM和程序化生成方法擅長(zhǎng)基于明確規(guī)則和參數(shù)進(jìn)行組合與變形但在處理高度有機(jī)、創(chuàng)意性的形態(tài)如汽車外觀、雕塑家具時(shí)仍力不從心。這需要與生成式3D模型如基于擴(kuò)散的模型結(jié)合但后者又難以保證幾何精度。一個(gè)混合范式可能是未來(lái)方向用生成式AI做概念形態(tài)探索再用程序化方法進(jìn)行工程化細(xì)化與驗(yàn)證。領(lǐng)域知識(shí)的深度與廣度工程知識(shí)浩如煙海。一個(gè)通用的CADSmith如何同時(shí)精通機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)、電子封裝等不同領(lǐng)域的規(guī)范可能需要發(fā)展“垂直化”的智能體或者建立一個(gè)強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的領(lǐng)域知識(shí)圖譜供系統(tǒng)檢索學(xué)習(xí)。驗(yàn)證規(guī)則的完備性“可制造性”是一個(gè)極其寬泛的概念涉及銑削、3D打印、注塑、沖壓等各種工藝。定義一套普適的、精確的自動(dòng)驗(yàn)證規(guī)則極其困難。更可行的路徑是讓系統(tǒng)支持用戶自定義驗(yàn)證規(guī)則或者與專業(yè)的可制造性分析DFM軟件集成將CADSmith作為快速原型生成器其輸出再導(dǎo)入專業(yè)軟件進(jìn)行深度分析。錯(cuò)誤處理的魯棒性當(dāng)驗(yàn)證失敗時(shí)系統(tǒng)如何給出有效的修復(fù)建議這需要智能體具備更強(qiáng)的因果推理和幾何理解能力。目前可能更多依賴于預(yù)設(shè)的修復(fù)策略如“壁厚不足則加厚”或“移除導(dǎo)致問(wèn)題的特征”。與現(xiàn)有工作流的集成設(shè)計(jì)師不會(huì)輕易拋棄熟悉的SolidWorks、Fusion 360或CATIA。CADSmith需要能夠輸出這些主流軟件兼容的格式STEP, IGES或者以插件/輔助工具的形式嵌入現(xiàn)有流程扮演“智能設(shè)計(jì)助手”而非“替代者”的角色。5.2 廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景想象盡管有挑戰(zhàn)CADSmith所代表的方向在多個(gè)場(chǎng)景下已顯現(xiàn)出巨大潛力快速原型與概念設(shè)計(jì)在項(xiàng)目初期工程師需要快速生成多個(gè)設(shè)計(jì)變體進(jìn)行評(píng)估。用自然語(yǔ)言描述需求幾分鐘內(nèi)獲得多個(gè)可供3D打印的驗(yàn)證模型能極大加速創(chuàng)新循環(huán)。參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件/零件庫(kù)生成許多企業(yè)有大量的非標(biāo)但結(jié)構(gòu)類似的標(biāo)準(zhǔn)件。可以訓(xùn)練一個(gè)專屬的CADSmith學(xué)習(xí)公司內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)范然后根據(jù)參數(shù)如長(zhǎng)度、孔徑、負(fù)載自動(dòng)生成符合所有內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的零件模型和圖紙。自動(dòng)化設(shè)計(jì)任務(wù)一些重復(fù)性的、規(guī)則驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)任務(wù)如根據(jù)電路板尺寸和元件布局自動(dòng)生成散熱片或外殼根據(jù)管道走向自動(dòng)生成支架和吊架是CADSmith的理想應(yīng)用場(chǎng)景。設(shè)計(jì)教育與培訓(xùn)學(xué)生或新手設(shè)計(jì)師可以通過(guò)與CADSmith對(duì)話直觀地理解設(shè)計(jì)意圖如何轉(zhuǎn)化為幾何特征以及修改參數(shù)如何影響最終模型和性能是絕佳的學(xué)習(xí)工具。生成設(shè)計(jì)Generative Design的平民化傳統(tǒng)的生成設(shè)計(jì)軟件門檻高、計(jì)算量大。CADSmith可以通過(guò)自然語(yǔ)言界面讓用戶更直觀地設(shè)定約束和目標(biāo)“在這里連接材料這么多重量減半”后臺(tái)則調(diào)用優(yōu)化算法和程序化建模來(lái)生成拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果。5.3 個(gè)人實(shí)踐中的體會(huì)與建議在我嘗試構(gòu)建類似概念的原型時(shí)有幾個(gè)深刻的體會(huì)起步不必求全不要試圖一開(kāi)始就做一個(gè)全能的“通用CAD生成AI”。從一個(gè)非常具體、狹窄的領(lǐng)域開(kāi)始比如“自動(dòng)生成各種尺寸的齒輪”或“根據(jù)BOM表生成板卡安裝支架”。定義清楚輸入?yún)?shù)表、輸出STEP文件和有限的驗(yàn)證規(guī)則如齒廓是否干涉。小范圍的成功更能積累經(jīng)驗(yàn)和信心。工具鏈的穩(wěn)定性至關(guān)重要幾何內(nèi)核如OpenCASCADE的API有時(shí)并不那么友好在不同版本間可能有變化。確保你的工具函數(shù)封裝良好、經(jīng)過(guò)充分測(cè)試。一個(gè)崩潰的幾何內(nèi)核調(diào)用會(huì)讓整個(gè)智能體流程癱瘓?！疤崾驹~即代碼”為智能體編寫的系統(tǒng)提示詞其重要性不亞于傳統(tǒng)代碼。它定義了智能體的“人格”和能力邊界。需要像調(diào)試代碼一樣精心調(diào)試和迭代這些提示詞。記錄下哪些提示詞能穩(wěn)定產(chǎn)生好結(jié)果將其模板化。人必須在循環(huán)中Human-in-the-loop至少在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)CADSmith最現(xiàn)實(shí)的定位是“副駕駛”。它負(fù)責(zé)完成繁重、規(guī)則性的建模勞動(dòng)并提示潛在問(wèn)題但最終的決定權(quán)和責(zé)任仍在人類工程師手中。設(shè)計(jì)一個(gè)清晰、友好的人機(jī)交互界面讓工程師能輕松地審查、微調(diào)和批準(zhǔn)AI的提案是系統(tǒng)能否被采納的關(guān)鍵。這個(gè)領(lǐng)域正在飛速發(fā)展每天都有新的工具和論文出現(xiàn)。CADSmith這樣的項(xiàng)目為我們勾勒了一個(gè)未來(lái)工程設(shè)計(jì)將變得更像與一個(gè)高度專業(yè)化的AI團(tuán)隊(duì)合作。你提出創(chuàng)意和約束它們負(fù)責(zé)將其轉(zhuǎn)化為精確、可制造的數(shù)字化實(shí)體。這條路很長(zhǎng)但第一步已經(jīng)邁出而且方向無(wú)比清晰。對(duì)于每一位設(shè)計(jì)者和開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)現(xiàn)在正是了解、探索甚至參與塑造這一未來(lái)的好時(shí)機(jī)。