這兩年AI輔助設(shè)計(jì)的話(huà)題算是在行業(yè)里徹底熱起來(lái)了尤其是text-to-cad這個(gè)方向幾乎每次聊到都有人問(wèn)真的輸一句人話(huà)就能出一份能用的CAD模型我的回答是能但得先把期望曲線(xiàn)拉平——它不是你喊一句“給我畫(huà)個(gè)飛機(jī)”就直接出裝配圖而是把自然語(yǔ)言里的幾何參數(shù)、約束關(guān)系、加工需求轉(zhuǎn)成一段可執(zhí)行建模腳本再通過(guò)CAD內(nèi)核生成帶尺寸的實(shí)體模型。我前前后后折騰了差不多一個(gè)多月用Python CadQuery搭了一套最小可用的text-to-cad工作流從一個(gè)“長(zhǎng)寬高加四個(gè)孔”的描述到導(dǎo)出STEP整個(gè)過(guò)程不到二十秒。這篇文章就把我從選型到踩坑的完整過(guò)程拆開(kāi)聊適合那些已經(jīng)在用CAD、又想用自動(dòng)化思路提高建模效率的工程師也適合剛想入坑CAD制圖的新手。1. text-to-cad到底是什么從文本到可編輯模型的完整閉環(huán)1.1 一句話(huà)想法背后的真實(shí)需求text-to-cad最核心的價(jià)值不是“生成圖片”而是生成真正可以編輯、可以加工、可以進(jìn)裝配的CAD文件。你嘴上說(shuō)“我要一塊400乘300乘10毫米的基板四角打直徑6毫米的孔孔心距離邊15毫米”系統(tǒng)要能理解長(zhǎng)度、寬度、高度、陣列位置、孔徑這些維度再落到CAD內(nèi)核里創(chuàng)建特征。這和AI畫(huà)圖完全是兩條路圖片只是像素而CAD模型背后每一根邊線(xiàn)、每一個(gè)孔都帶著毫米單位的實(shí)體數(shù)據(jù)。我觀察到的真實(shí)需求分三類(lèi)第一類(lèi)是有經(jīng)驗(yàn)的工程師做重復(fù)性設(shè)計(jì)每天就是改幾個(gè)尺寸重新出圖torture得不行第二類(lèi)是剛接觸CAD制圖的新人面對(duì)一堆草圖約束和命令覺(jué)得學(xué)習(xí)曲線(xiàn)太陡想通過(guò)自然語(yǔ)言降低門(mén)檻第三類(lèi)是設(shè)計(jì)迭代階段需要快速對(duì)比多個(gè)尺寸方案手工逐個(gè)建模太慢text-to-cad正好適合做參數(shù)掃掠。這三類(lèi)人其實(shí)都在問(wèn)同一個(gè)問(wèn)題能不能把“腦子里的形狀”快速變成“能用的模型文件”text-to-cad就是切這個(gè)題。1.2 技術(shù)鏈條其實(shí)沒(méi)有你想的那么玄完整鏈路可以拆成三段語(yǔ)義理解、參數(shù)映射、內(nèi)核建模。語(yǔ)義理解負(fù)責(zé)把用戶(hù)的話(huà)變成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)比如“四個(gè)角開(kāi)孔”中的“四角”轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)組參數(shù)映射負(fù)責(zé)把用戶(hù)口語(yǔ)里的單位、參考基準(zhǔn)、特征類(lèi)型對(duì)應(yīng)到CAD操作比如“距離邊15mm”翻譯成偏移約束內(nèi)核建模則是真正調(diào)用幾何內(nèi)核生成實(shí)體。很多人以為難點(diǎn)全在第一段實(shí)際上三段都有坑。第二段最容易被忽略同一個(gè)“四角”中文里可能指“兩個(gè)對(duì)角”“四個(gè)角點(diǎn)”還是“所有端點(diǎn)”模型必須靠上下文判斷。我常用一個(gè)小技巧在自然語(yǔ)言解析之后不直接建模而是先生成一個(gè)中間JSON把它打印出來(lái)給用戶(hù)確認(rèn)。這個(gè)JSON里會(huì)寫(xiě)明operation、dimensions、hole_positions等字段相當(dāng)于讓AI先把“它聽(tīng)到的內(nèi)容”復(fù)述一遍確認(rèn)無(wú)誤再往后走。這一步能擋掉大量歧義也方便調(diào)試。2. 技術(shù)方案選型為什么我最后選了Python CadQuery2.1 實(shí)現(xiàn)text-to-cad的幾條主流路線(xiàn)想實(shí)現(xiàn)“文本到模型”市面上大致有四條路。第一條是讓大模型直接輸出OpenSCAD代碼OpenSCAD本身就是腳本化建模代碼即模型非常契合自動(dòng)生成第二條是讓大模型輸出CadQuery代碼CadQuery基于OpenCascade內(nèi)核支持STEP/STL/AMS等格式鏈?zhǔn)紸PI寫(xiě)起來(lái)比OpenSCAD更接近人類(lèi)建模直覺(jué)第三條是走AutoCAD的AutoLISP或pyautocad直接驅(qū)動(dòng)AutoCAD內(nèi)部實(shí)體問(wèn)題是依賴(lài)Windows環(huán)境和AutoCAD授權(quán)而且自動(dòng)化程度容易被GUI卡住第四條是端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接從文本體生成三維體素或點(diǎn)云再轉(zhuǎn)網(wǎng)格速度快但精度和可編輯性很難保證。這四條路各有取舍。如果你做的是機(jī)械零件、板件、外殼這類(lèi)規(guī)則幾何OpenSCAD和CadQuery都?jí)蛴萌绻阋氖钦嬲芊胚M(jìn)CAM加工的標(biāo)準(zhǔn)STEP文件CadQuery比OpenSCAD更直接因?yàn)镺penSCAD的導(dǎo)入經(jīng)常出現(xiàn)面片化損失如果想調(diào)用現(xiàn)成AutoCAD圖庫(kù)或者干脆就在AutoCAD生態(tài)里工作pyautocad也有價(jià)值但你需要先解決“cad安裝”“cad激活頁(yè)面腳本發(fā)生錯(cuò)誤”之類(lèi)的軟件環(huán)境問(wèn)題我這種開(kāi)源潔癖基本不碰。2.2 我的選型邏輯與對(duì)比結(jié)論我最后選了“大模型生成結(jié)構(gòu)化JSON CadQuery執(zhí)行建?！钡慕M合。理由有三。第一CadQuery的API對(duì)參數(shù)化非常友好幾何實(shí)體是由一連串操作疊加出來(lái)的而這一連串操作正好可以由程序持久化、復(fù)用、批處理第二輸出STEP可以直接被中望CAD、SolidWorks、FreeCAD讀寫(xiě)后續(xù)標(biāo)注、Layout布局都不受限制第三全鏈路開(kāi)源不需要裝一堆破解工具也沒(méi)有“徹底卸載不影響二次安裝”那種難受的清理問(wèn)題。選型過(guò)程中我列過(guò)一個(gè)對(duì)比表現(xiàn)在放出來(lái)給大家參考方案學(xué)習(xí)成本幾何精度文件兼容性適合場(chǎng)景OpenSCAD LLM低中等一般STL為主簡(jiǎn)單外形快速?lài)L試CadQuery LLM中高B-Rep內(nèi)核STEP/STL/DXF/SVG都行真正可加工的機(jī)械件pyautocad高高與AutoCAD一致已有AutoCAD環(huán)境的重度用戶(hù)端到端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中低網(wǎng)格文件為主概念造型、視覺(jué)預(yù)覽表格說(shuō)明我的思路如果你是做結(jié)構(gòu)件、鈑金件、工裝夾具CadQuery那條線(xiàn)是性?xún)r(jià)比最高的。它不像端到端方案那樣“看起來(lái)聰明但落不了地”也不像pyautocad那樣被商業(yè)軟件綁定。2.3 環(huán)境準(zhǔn)備繞開(kāi)那些安裝坑搭建環(huán)境時(shí)最大的坑是CadQuery的安裝。PyPI上的cadquery包目前要求Python 3.9到3.11之間如果你圖省事直接裝了3.12import就會(huì)報(bào)一堆DLL錯(cuò)誤。我建議直接用conda建獨(dú)立環(huán)境指定python3.10然后pip install cadquery。另外CadQuery底層依賴(lài)OpenCascadeWindows下會(huì)用到一些Visual C運(yùn)行庫(kù)。熱詞里那句“安裝cad一直出現(xiàn)c2005cpi錯(cuò)誤”描寫(xiě)的其實(shí)就是這類(lèi)問(wèn)題你的系統(tǒng)缺VC Redistributable或者conda環(huán)境里混入了老版本的MSVC Runtime。解決辦法很簡(jiǎn)單裝一下微軟官方的“Visual C Redistributable for Visual Studio”合集包再把conda環(huán)境重建一遍即可。這事別自己瞎折騰重裝系統(tǒng)什么的完全沒(méi)必要。3. 一個(gè)能跑通的最小系統(tǒng)從自然語(yǔ)言到STEP文件3.1 第一步先把自然語(yǔ)言翻譯成結(jié)構(gòu)化參數(shù)這一層我采用“提示詞模板”的方式而不是直接讓大模型寫(xiě)CadQuery代碼。為什么不直接寫(xiě)代碼因?yàn)榇a容易多出變量命名、注釋、錯(cuò)誤分支這些噪音后面解析困難而JSON是固定的鍵值結(jié)構(gòu)校驗(yàn)邏輯寫(xiě)起來(lái)非常省心。我的提示詞大致長(zhǎng)這樣你可以直接抄去改你是一個(gè)CAD參數(shù)解析器。用戶(hù)會(huì)給出機(jī)械零件的自然語(yǔ)言描述你需要提取出 - operation: 建模操作類(lèi)型可選值為 box_with_holes, cylinder_with_holes, sweep_base - dimensions: 主尺寸對(duì)象包含length/width/height或diameter/height - fillet_radius: 統(tǒng)一圓角半徑?jīng)]有則填0 - hole_diameter: 孔徑?jīng)]有則填0 - hole_positions: 孔中心坐標(biāo)列表格式為[{x: 毫米, y: 毫米}] 如果描述中包含四角、四個(gè)孔等短語(yǔ)按中心距邊緣15mm推導(dǎo)。 只輸出JSON不要任何解釋。用戶(hù)輸入“400乘300乘10的基板四角開(kāi)直徑6的孔孔心距邊15”大模型輸出的JSON就是{ operation: box_with_holes, dimensions: {length: 400, width: 300, height: 10}, fillet_radius: 0, hole_diameter: 6, hole_positions: [ {x: 15, y: 15}, {x: 385, y: 15}, {x: 385, y: 285}, {x: 15, y: 285} ] }注意這里有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)LLM給出了“x: 385”而不是“長(zhǎng)邊減去15”。CAD里很多孔位習(xí)慣用“距邊距”表達(dá)坐標(biāo)值本身是絕對(duì)定位如果你不把語(yǔ)言里的約束關(guān)系翻譯成坐標(biāo)后面建模就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)偏移半個(gè)板厚的情況。我專(zhuān)門(mén)在提示詞里強(qiáng)調(diào)了“按孔心距邊推導(dǎo)”這樣省去后面二次計(jì)算。3.2 第二步把參數(shù)扔給CadQuery生成模型拿到JSON之后建模部分就純粹了。核心是寫(xiě)一個(gè)映射函數(shù)把JSON里的operation和字段變成CadQuery的鏈?zhǔn)秸{(diào)用。下面是我精簡(jiǎn)過(guò)的最小實(shí)現(xiàn)import cadquery as cq def build_from_json(data): if data[operation] box_with_holes: length data[dimensions][length] width data[dimensions][width] height data[dimensions][height] fillet data.get(fillet_radius, 0) hole_d data.get(hole_diameter, 0) positions data.get(hole_positions, []) result cq.Workplane(XY).box(length, width, height) if fillet and fillet 0: result result.edges().fillet(fillet) if hole_d and positions: workplane result.faces(Z).workplane() for pos in positions: workplane workplane.pushPoint((pos[x], pos[y])) result workplane.hole(hole_d) return result # 其他operation可以繼續(xù)擴(kuò)展 raise ValueError(fUnsupported operation: {data[operation]})這個(gè)方法有個(gè)細(xì)節(jié)我在每個(gè)孔位都調(diào)用了pushPoint而不是用一次pushPoints傳入全部坐標(biāo)。CadQuery的hole()在同一個(gè)workplane上只會(huì)作用于當(dāng)前選擇的所有點(diǎn)如果你把四個(gè)點(diǎn)一次性pushPoints然后調(diào)hole四個(gè)孔確實(shí)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)。但實(shí)踐下來(lái)分開(kāi)pushPoint更利于后續(xù)給某個(gè)孔增加沉孔臺(tái)階或螺紋標(biāo)記程序結(jié)構(gòu)也更容易擴(kuò)展。3.3 第三步導(dǎo)出STEP/STL并快速預(yù)覽建模完成后導(dǎo)出是最后一道工序。CadQuery支持多種格式我的習(xí)慣是STEP為主、STL為輔。STEP文件保存的是B-Rep實(shí)體邊界表示能被主流CAD軟件讀取STL則是三角網(wǎng)格適合快速預(yù)覽和3D打印切片。cq.exporters.export(result, 基板.step) cq.exporters.export(result, 基板.stl)導(dǎo)出STL之前建議先設(shè)置弦偏差參數(shù)CadQuery的export函數(shù)默認(rèn)精度對(duì)大多數(shù)零件夠用但如果你做的是弧面較大的外觀件導(dǎo)出后可能出現(xiàn)明顯棱邊。這時(shí)可以在export前用result.val().tessellate(tolerance, angleTolerance)手動(dòng)控制三角化密度再自己寫(xiě)入STL。這里不展開(kāi)提醒一句就夠了?？焖兕A(yù)覽有一個(gè)很省事的辦法把模型導(dǎo)出成SVG投影。CadQuery自帶cq.exporters.export(result, preview.svg)它會(huì)按照當(dāng)前視圖生成一個(gè)2D線(xiàn)框預(yù)覽圖你不需要打開(kāi)CAD軟件就能在瀏覽器里看到形狀對(duì)不對(duì)。我把它放在web界面上用戶(hù)提交一句描述后返回STEP下載鏈接和SVG縮略圖體驗(yàn)比直接發(fā)文件舒服很多。熱詞里“cad快速看”其實(shí)要的就是這個(gè)效果。4. 實(shí)操中跑出來(lái)的四條避坑經(jīng)驗(yàn)4.1 LLM參數(shù)不守規(guī)矩校驗(yàn)比生成更重要合規(guī)性校驗(yàn)是text-to-cad最容易被跳過(guò)、又最容易翻車(chē)的一環(huán)。大模型想象力豐富給你輸出一個(gè)負(fù)數(shù)的長(zhǎng)度、孔徑大于板寬、孔位跑到零件邊界外面都是常規(guī)操作。不校驗(yàn)的話(huà)CadQuery輕則報(bào)錯(cuò)重則生成一個(gè)變形的怪異實(shí)體。我處理的辦法是寫(xiě)一個(gè)參數(shù)校驗(yàn)函數(shù)在調(diào)用CadQuery之前先做一趟語(yǔ)義檢查。對(duì)box_with_holes我至少檢查所有尺寸都大于0孔徑小于板長(zhǎng)和板寬的三分之一孔位x坐標(biāo)在孔徑一半到長(zhǎng)度減孔徑一半之間y坐標(biāo)同理。不滿(mǎn)足條件的直接返回錯(cuò)誤提示讓用戶(hù)修改描述而不是讓程序硬著頭皮建模。實(shí)際測(cè)試下來(lái)加入校驗(yàn)后成功率從七成提到九成以上。剩下的失敗基本都是描述本身太模糊比如“一個(gè)中等的孔”沒(méi)有給出直徑這種系統(tǒng)沒(méi)法猜只能提示用戶(hù)補(bǔ)參數(shù)。4.2 坐標(biāo)系與語(yǔ)義之間的鴻溝CAD里的“四角開(kāi)孔”在建模時(shí)到底該放哪這件事比你想的更值得較真。CadQuery里的Workplane是以XY平面為基準(zhǔn)box的左下角默認(rèn)在原點(diǎn)所以四角孔的坐標(biāo)是從原點(diǎn)開(kāi)始算的。但很多用戶(hù)的口語(yǔ)習(xí)慣是從板子中心開(kāi)始算比如“距離中心線(xiàn)各50mm”如果你不統(tǒng)一基準(zhǔn)孔位就會(huì)差出上百毫米。我后來(lái)在JSON結(jié)構(gòu)里增加一個(gè)可選的ref_point字段默認(rèn)是origin支持center或center_of_mass。在解析層就把參考基準(zhǔn)統(tǒng)一換算成以原點(diǎn)為基準(zhǔn)的絕對(duì)坐標(biāo)。這樣做的好處是用戶(hù)描述“中心對(duì)稱(chēng)兩個(gè)孔”解析器也能處理不需要他記住每個(gè)孔的坐標(biāo)。這是text-to-cad里很有價(jià)值的一個(gè)設(shè)計(jì)決策。4.3 導(dǎo)出文件前先確認(rèn)單位和精度單位問(wèn)題出現(xiàn)的頻率高到值得單列一條。CadQuery內(nèi)部默認(rèn)單位是毫米但如果你從某些渠道復(fù)制了以“cm”或“inch”描述的參數(shù)導(dǎo)出STEP時(shí)單位標(biāo)簽可能會(huì)變成英寸或保持無(wú)單位。很多軟件在導(dǎo)入STEP時(shí)按自帶單位推測(cè)尺寸結(jié)果一進(jìn)CAD里零件變成了原尺寸的25.4倍或0.1倍。我在導(dǎo)出前固定統(tǒng)一設(shè)置cq.exporters.export(result, path, exportTypeSTEP)然后在文件開(kāi)頭檢查STEP頭部的單位關(guān)鍵字。另外建議在用戶(hù)描述里強(qiáng)制標(biāo)注單位提示詞里寫(xiě)明“所有尺寸默認(rèn)毫米”。熱詞里有些人搜“cad圖紙合并”其實(shí)就是在對(duì)尺寸不一致的零件做適配如果源頭單位就亂后面合并時(shí)全亂套。4.4 安裝依賴(lài)時(shí)的常見(jiàn)報(bào)錯(cuò)與解決方案最后說(shuō)說(shuō)環(huán)境問(wèn)題。熱詞里“安裝cad一直出現(xiàn)c2005cpi錯(cuò)誤”“cad激活頁(yè)面腳本發(fā)生錯(cuò)誤”這類(lèi)搜索暴露的是Windows下軟件依賴(lài)混亂的普遍痛點(diǎn)。CadQuery的安裝也有類(lèi)似的坑但沒(méi)那么玄。最常見(jiàn)的報(bào)錯(cuò)是ImportError: DLL load failed while importing OCP。我建議先檢查Python版本如果用的是3.9以下或3.12以上大概率版本不兼容其次檢查conda環(huán)境直接conda install -c conda-forge cadquery會(huì)比純pip少踩很多編譯鏈的坑。還有一個(gè)隱蔽問(wèn)題如果你以前裝過(guò)舊版OpenCascade相關(guān)的包可能和cadquery的OCP發(fā)生沖突必須建新環(huán)境解決。還有一個(gè)來(lái)自熱詞但不局限的話(huà)題“cad如何徹底卸載不影響二次安裝”。這其實(shí)是新手對(duì)系統(tǒng)環(huán)境不放心。我的經(jīng)驗(yàn)是除非遇到嚴(yán)重沖突否則沒(méi)必要“徹底卸載”用conda管理項(xiàng)目環(huán)境才是最干凈的方案。想換版本就刪掉整個(gè)env對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有任何殘留污染。5. 從玩具到工具text-to-cad的進(jìn)階玩法5.1 批量變體批量生成不同尺寸的零件當(dāng)你能把一個(gè)JSON轉(zhuǎn)成模型之后批量變化就是水到渠成的事。我日常最常用場(chǎng)景是生成一批相同結(jié)構(gòu)、不同尺寸的墊圈和框架零件。原來(lái)手工做一個(gè)要五分鐘用text-to-cad只需把參數(shù)列表丟進(jìn)一個(gè)for循環(huán)。variants [ {name: A型, length: 400, width: 300, height: 10, hole_d: 6}, {name: B型, length: 500, width: 320, height: 12, hole_d: 8}, {name: C型, length: 600, width: 350, height: 15, hole_d: 10}, ] for v in variants: data { operation: box_with_holes, dimensions: {length: v[length], width: v[width], height: v[height]}, fillet_radius: 0, hole_diameter: v[hole_d], hole_positions: [ {x: 15, y: 15}, {x: v[length]-15, y: 15}, {x: v[length]-15, y: v[width]-15}, {x: 15, y: v[width]-15} ] } part build_from_json(data) cq.exporters.export(part, f{v[name]}.step)這里有熱詞“python批量對(duì)cad修改”的影子和apply思路。批量生成時(shí)我給每個(gè)文件名的模板字段寫(xiě)在JSON詞典里實(shí)際上就是一個(gè)微型產(chǎn)品配置表。再結(jié)合工程變更單改動(dòng)非?？?。這比打開(kāi)CAD、一個(gè)個(gè)雙擊改尺寸再導(dǎo)出要可靠得多而且不會(huì)漏改。5.2 裝配到一起讓單零件走向部件單零件生成只是起點(diǎn)真正到做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時(shí)需要把多個(gè)文本生成的零件按位置關(guān)系裝起來(lái)。CadQuery里有Assembly類(lèi)可以把每個(gè)零件通過(guò)add(part, loccq.Location(...))放進(jìn)同一個(gè)裝配坐標(biāo)系然后導(dǎo)出STEP裝配文件。我常用一個(gè)辦法先在文本層約定好基準(zhǔn)點(diǎn)比如“上板左下角放在坐標(biāo)原點(diǎn)四個(gè)安裝孔對(duì)應(yīng)立柱位置”程序生成每個(gè)子零件后用同一個(gè)location對(duì)象裝配。這樣從文本描述到裝配體只差一步。熱詞里“cad圖紙合并”在傳統(tǒng)CAD里是靠外部引用、塊、新建Layout來(lái)做但在CadQuery的代碼世界里合并就是數(shù)學(xué)坐標(biāo)變換反而更直觀。5.3 和主流CAD軟件協(xié)同導(dǎo)入、標(biāo)注、Layout布局text-to-cad的目的不是替代CAD而是把讓機(jī)器頭疼的重復(fù)結(jié)構(gòu)化建模先做掉再把人拉回真正的設(shè)計(jì)工作中。我目前的工作流是用text-to-cad生成STEP基礎(chǔ)件然后在主流CAD軟件里做標(biāo)注、裝配、出圖。很多朋友會(huì)問(wèn)“cad導(dǎo)入layout步驟詳解”其實(shí)在主流CAD軟件里導(dǎo)入STEP后進(jìn)入布局空間調(diào)整視口比例、標(biāo)注尺寸流程穩(wěn)定。CadQuery導(dǎo)出的STEP文件從底層是B-Rep實(shí)體不像網(wǎng)格文件那樣會(huì)有碎面因此標(biāo)注時(shí)可以直接選面選邊非常順滑。中望CAD、AutoCAD都能正常打開(kāi)不需要轉(zhuǎn)線(xiàn)框。這一步的額外好處是設(shè)計(jì)師可以把“重復(fù)勞動(dòng)”甩給文本管線(xiàn)自己專(zhuān)心處理公差、表面處理、工藝結(jié)構(gòu)這些機(jī)器不擅長(zhǎng)的事情。我試過(guò)讓實(shí)習(xí)生用這套流程做一個(gè)鈑金外殼原來(lái)一天的工作量縮到半天還不容易出錯(cuò)。這也讓我更看好text-to-cad的落地價(jià)值——它不制造“全自動(dòng)”但實(shí)實(shí)在在把“半自動(dòng)”做出了生產(chǎn)力。最后再說(shuō)一點(diǎn)個(gè)人體會(huì)不要迷信一步到位的端到端生成也不要覺(jué)得必須懂圖形學(xué)才能玩。我實(shí)際用下來(lái)最順手的方式是把text-to-cad當(dāng)成草稿生成器和參數(shù)探索器先快速出模型再人工調(diào)整細(xì)節(jié)效率提升非常明顯。如果你正被重復(fù)建模折磨不妨從今天這個(gè)最小工作流開(kāi)始把第一句“給我一塊板子四角打孔”變成自己的第一個(gè)STEP文件。