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CAD 用户需要一个几何内核,该内核允许人类或 LLMs 使用代码(使用名为 Firmament 的 DSL)来生成 CAD 零件的 3D 模型,为 OpenCascade 提供替代方案。

CAD users need a geometric kernel that allows humans or LLMs to write code (in a DSL called Firmament) and generate 3D models of CAD parts, providing an alternative to OpenCascade.

# 开发者工具# 自动化# 垂直行业

需求分析

当前工业设计和机械工程领域的核心痛点在于CAD工作流的非代码化高门槛性。传统的CAD软件(如 SolidWorks, Fusion 360)虽然功能强大,但其工作流程高度依赖图形用户界面(GUI)和手动操作,这使得设计迭代速度受限于工程师的经验和手动操作能力。

更深层次的痛点在于,当设计需求源于自然语言描述(例如:“设计一个能承载5kg、尺寸为10x10x5的支架”)或AI生成概念时,如何将这些抽象的、非结构化的输入,高效、准确地转化为可供制造的、参数化的几何模型,这是一个巨大的技术鸿沟。目前,用户必须通过漫长的学习曲线,手动在GUI中重建这些几何体,效率极低。

因此,市场急需一个“代码驱动的几何内核”(Code-Driven Geometric Kernel)。它不只是一个CAD软件,而是一个几何体生成引擎,允许用户通过编写代码(DSL)或通过LLM调用代码,直接定义几何参数,从而绕过复杂的GUI操作,实现从概念到可制造模型的自动化飞跃。

目标用户

我们的目标用户群体是高度专业化且付费意愿极强的群体,可以分为三层:

  1. 核心用户:机械工程师与产品设计师(专业级)

    • 画像: 拥有工程背景,熟悉参数化设计概念,但时间成本极高,追求效率和流程自动化。
    • 场景: 需要快速原型设计、进行参数化修改、或将设计流程集成到现有PLM/ERP系统中。
    • 付费能力与意愿: 极高。他们愿意为能节省数小时设计时间、或能解决复杂几何体生成难题的工具付费。
  2. 次级用户:AI/LLM开发者与研究人员(技术级)

    • 画像: 专注于AI应用开发,希望将自然语言处理能力(NLP)与物理世界模型(3D Geometry)结合。
    • 场景: 构建“文本到3D模型”的AI应用,需要一个可靠、开放、可编程的几何内核作为后端。
    • 付费能力与意愿: 中高。他们需要的是API的稳定性和可扩展性,愿意为调用次数和企业级支持付费。
  3. 边缘用户:高级爱好制作人(Hobbyist)

    • 画像: 业余爱好者,使用CAD进行模型制作,对成本敏感,但对易用性有要求。
    • 场景: 学习和尝试复杂的机械结构设计。
    • 付费能力与意愿: 低。初期应以免费/开源模型吸引他们,后续通过API或教育版引导升级。

产品方案与技术实现

MVP 范围与核心功能: MVP的核心不是做一个完整的CAD软件,而是构建一个**“代码输入 -> 几何内核处理 -> 标准格式输出”**的最小闭环。

  1. 代码输入界面: 一个Web Playground,允许用户编写DSL(Firmament)代码。
  2. 几何内核执行引擎: 接收DSL代码,执行几何计算,生成BRep(Boundary Representation)数据结构。
  3. 可视化预览: 实时渲染生成的3D模型(仅用于验证,不追求工业级渲染)。
  4. 标准导出功能: 能够将内部BRep结构准确导出为行业标准的STEP或IGES文件。

技术实现思路:

  • 架构: Web前端(用户交互) -> 后端API(执行计算) -> 几何内核(核心计算)。
  • 关键模块:
    • DSL Parser/Interpreter: 负责解析用户编写的DSL代码,将其转化为内核可执行的几何指令集。
    • BRep Kernel Core: 必须是高性能、稳定、且符合开放标准的几何计算引擎。
    • File Exporter: 负责将内存中的几何数据结构,准确地序列化为STEP/IGES格式。
  • 推荐技术栈:
    • 前端: React/Vue + Three.js/Babylon.js (用于可视化预览)。
    • 后端: Python (Django/FastAPI) 或 Go (处理高性能API调用)。
    • 核心内核: 考虑使用C++/Rust实现高性能的几何计算部分,并通过FFI(Foreign Function Interface)暴露给Python/Go后端调用。
  • 一个人多久能做出第一版: 鉴于核心是“几何内核”这一硬核技术,如果开发者本身具备几何计算和C++/Rust的经验,MVP(能接受简单代码并导出STEP)预计需要 3-6个月 的全职投入。如果缺乏内核经验,则需要更多时间进行学习和验证。

现有方案与差距

用户现在怎么凑合: 用户目前只能使用传统的CAD软件(如 SolidWorks, Fusion 360)。当他们需要自动化或从非图形化输入生成模型时,他们通常会:

  1. 手动建模: 耗费大量时间,且容易出错。
  2. 使用脚本语言(如Python/OpenSCAD): 这需要用户具备极高的编程能力,且OpenSCAD等工具的生态和工业兼容性不如专业CAD软件。

有哪些竞品:

  1. OpenCascade: 行业标准,功能强大,但使用门槛极高,主要以C++库形式存在,不适合Web/DSL层面的快速应用。
  2. 传统CAD软件: 界面友好,但缺乏代码驱动的自动化能力。
  3. AI生成模型(如Midjourney/Stable Diffusion): 它们生成的是概念图或纹理,无法生成可用于工程制造的、精确的、参数化的3D几何体。

它们差在哪,你的切入点: 现有方案最大的差距在于**“抽象层缺失”。它们要么太底层(OpenCascade,需要C++),要么太高层(传统CAD,缺乏代码驱动)。 我们的切入点是构建一个“DSL抽象层”**:它将复杂的几何内核计算,封装在一个简单、易学、且能被LLM理解的DSL中。这极大地降低了使用门槛,将专业工程领域带入了“代码即设计”的时代。

变现与定价

变现模式:

  1. API调用付费(核心): 对AI应用开发者和大型企业提供API访问。按调用次数(或处理的几何复杂度/体积)收费。这是最容易规模化变现的模式。
  2. 企业级许可(Enterprise Licensing): 为大型制造企业提供私有化部署的解决方案,集成到其PLM/ERP系统,提供定制化的DSL和安全保障。
  3. 高级功能订阅(Pro Subscription): 为专业设计师提供更高级的几何约束检查、更复杂的材质/装配体管理等功能。

定价建议:

  • API层: 采用阶梯定价(Tiered Pricing)。例如:基础层(每月1000次调用,用于个人/学习);专业层(每月10,000次调用,用于小型工作室);企业层(定制报价,包含私有化部署和SLA)。
  • 企业许可: 基于席位(Seats)和年费(Annual Fee)的模式,强调“流程集成”和“数据安全”。

为什么用户愿意付费: 用户愿意为**“时间成本的指数级降低”“解决无法解决的几何难题”**付费。如果我们的工具能将原本需要工程师花费数天手动建模和迭代的工作,缩短到几小时甚至几分钟,那么其价值远超我们的收费。

为什么是现在

当前这个机会之所以成立,是技术和市场需求完美交汇的结果:

  1. 大模型(LLMs)的爆发: LLMs的出现,使得“自然语言输入 -> 结构化代码输出”的流程成为可能。这为我们构建DSL的输入端提供了完美的“智能前置层”。
  2. WebAssembly/高性能Web技术成熟: 使得复杂的几何计算不再局限于本地桌面应用,可以在浏览器端或通过高性能API调用进行,极大地拓宽了用户触达面。
  3. 工业界对数字化和自动化流程的迫切需求: 随着工业4.0和智能制造的推进,传统依赖人工经验的CAD流程正在被要求进行代码化、流程化重构。

风险与挑战

主要难点:

  1. 几何内核的准确性与鲁棒性(核心风险): 几何计算是出了名的复杂,任何浮点数误差、拓扑错误(如自相交、空洞)都可能导致模型崩溃或无法导出。这是技术壁垒,也是最大的挑战。
  2. DSL的表达能力与易用性平衡: DSL必须足够强大,能表达所有工程所需的复杂几何约束;但同时又必须足够简单,让非专业程序员也能上手。
  3. 生态系统构建: 仅仅提供内核是不够的,必须构建一个围绕DSL的生态,包括丰富的组件库、教程和社区支持,才能形成壁垒。

可能的护城河或壁垒:

  1. DSL的行业标准制定: 如果我们的DSL能够成为“文本到3D”领域的行业事实标准,这将是极高的壁垒。
  2. 几何内核的优化和稳定性: 持续优化内核,使其在处理极端复杂、高精度模型时的稳定性,是难以被轻易复制的。
  3. AI工作流的深度集成: 将LLM的提示工程(Prompt Engineering)与几何约束的校验机制深度绑定,形成独特的“AI-CAD”工作流。

冷启动与获客

第一批用户从哪来: 第一批用户必须是那些**“有痛点、且愿意尝试新技术”**的专业人士。

用什么渠道和动作起量:

  1. 垂直社区渗透(Reddit/Discord): 重点关注 r/CAD, r/MechanicalEngineering, r/ProductDesign 等专业子版块。不要直接推销产品,而是以“解决特定几何难题的工具”身份出现,展示DSL的强大能力。
  2. AI/LLM开发者社区: 在Hacker News, Reddit的AI/ML板块,将产品定位为“为AI应用提供结构化3D输出的后端引擎”,吸引开发者使用API。
  3. 内容营销(Showcase): 制作高质量的“Before & After”内容。展示一个复杂的、传统CAD需要数小时手动建模的物体,然后用DSL代码在几分钟内生成,并导出STEP文件。

起量动作:

  • 免费试用API: 提供极慷慨的免费API额度,鼓励开发者将我们的内核集成到他们自己的AI应用中,实现病毒式传播。
  • 举办技术挑战赛: 赞助或组织“用代码生成最复杂的机械结构”的黑客马拉松,将用户和潜在的付费客户聚集到我们的平台。
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