AI 机械 CAD 工作室 - 项目总结

一、项目概述

这次做了一个 AI 驱动的生成式机械设计平台。用户输入自然语言描述（比如"做一个轻量化NEMA17电机支架，适配M4螺丝"），系统会自动解析设计意图、生成多个设计方案、进行工程约束检查，最后输出可制造的 3D 模型。

从最初的"CAD 参数化生成工具"升级为"生成式机械设计工作站"，核心变化是引入了工程智能层。

技术栈：

• 前端：Next.js 14 + Three.js + TailwindCSS（工业暗色主题）
• 后端：Python FastAPI + build123d（CAD 建模）+ SQLAlchemy（数据存储）
• 部署：后端通过 Cloudflare 隧道对外服务，前端静态导出由 FastAPI 托管
• 域名：cad.myonlyheart.xyz

二、核心模块

1. 工程约束检查引擎（Constraint Engine）

在生成 CAD 模型之前，先检查参数是否满足制造约束：

• FDM 3D 打印检查：壁厚（最小 1.2mm）、孔径（最小 2.0mm）、悬垂角度（最大 45 度）
• 标准件验证：公制螺栓通孔（M2-M8）、NEMA 电机安装孔（NEMA17/23/34）、轴承配合（608/625/6001）
• 几何封闭性检查

关键设计：每个检查失败时会返回可修复标记，系统自动修正参数（比如壁厚不够就自动加厚）。

API：POST /api/v1/constraint/check

2. 设计空间生成器（Design Space Generator）

给定一个零件类型和基本需求，自动生成多个设计方案供用户对比：

• 支持的变体策略：支架类 4 种（标准/轻量化/加强/薄壁）、电机座 4 种、齿轮 3 种
• 每个方案附带性能估算：重量等级、强度等级、打印时间
• 自动成本估算：基于材料密度和体积，计算材料费和电费
• 推荐机制：根据用户优先级（轻量化/刚性/易打印/低成本）自动推荐最优方案

API：POST /api/v1/design/generate

3. 自动装配引擎（Assembly Engine）

将多个零件按约束关系自动组装：

• 对齐求解：孔对孔、轴中心对齐、Z 轴对齐
• 装配约束：固定连接、插入配合、滑动配合、间隙配合
• 约束循环检测
• 自动生成 build123d 装配代码

API：POST /api/v1/assembly/build

4. LLM 设计理解层

自然语言到工程设计意图的解析：

• 设计意图解析：从"轻量化电机支架，适配M4螺丝"中提取零件类型、约束条件、优先级
• 关键词映射：载荷等级（light/medium/heavy）、材料（PLA/ABS/PETG/TPU/Nylon）、优先级（lightweight/rigid/printable/fast_print/low_cost）
• 支持规格识别：螺栓规格（M2-M8）、电机类型（NEMA17/23/34）、轴承型号（608/625/6001）

核心接口：POST /api/v1/generate-variants（一站式：自然语言 → 多方案）

三、前端升级

方案对比组件（VariantSelector）

• 卡片式展示多个设计方案，带性能指标（重量/强度/打印时间，颜色编码）
• "推荐"和"需修复"标记
• 点击选择方案后自动生成对应 STL
• 底部成本对比表

设计分析面板（AnalysisPanel）

• 设计意图摘要：解析出的零件类型、约束条件、优先级排序
• 约束检查总览：通过/失败状态
• 问题详情列表：严重级别、是否可自动修复
• 自动修复记录和剩余需手动处理的问题

四、完整数据流

用户输入自然语言 → LLM 设计理解层解析意图 → 设计空间生成器生成 4 个方案 → 约束检查引擎验证每个方案 → 成本估算器计算对比数据 → 前端展示方案选择器 + 分析面板 → 用户选择方案 → build123d 生成 CAD 模型 → 导出 STL/STEP → 3D 预览

五、部署变更

从 Vercel + Railway 迁移到本地 + Cloudflare 隧道：

• 后端运行在本地 Windows 机器，通过 uvicorn 提供服务
• 前端改为静态导出（Next.js output: 'export'），由 FastAPI 直接托管
• 单一入口：所有请求通过 cad.myonlyheart.xyz 进入，FastAPI 同时提供 API 和静态页面
• 隧道配置：在现有 Cloudflare 命名隧道中添加 cad.myonlyheart.xyz → localhost:8000 路由
• 启动脚本：start_cad.bat 一键启动

六、访问方式

本地：http://localhost:8000 公网：https://cad.myonlyheart.xyz API 文档：http://localhost:8000/docs