CAD生成三维模型的自动化实践：从参数化设计到批量处理

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传统 CAD 建模存在几个明显的局限性：

手动操作效率低 ：每个模型都需要设计师手动绘制，耗时耗力
重复工作量大 ：相似结构的模型需要重复创建，无法复用设计
修改成本高 ：设计变更时需要重新绘制整个模型
批量处理困难 ：生成大量变体模型时几乎需要完全手动操作

这些痛点在中大型项目中尤为明显，往往导致项目周期延长、人力成本增加。

通过对比主流 CAD 处理库，我们选择了以下工具组合：

FreeCAD API：开源免费，功能全面，支持参数化建模
PythonOCC：基于 OpenCASCADE 的强大几何内核
PyAutoCAD：与 AutoCAD 直接交互的 Python 接口

选择依据：

FreeCAD API 最适合我们的需求，因为它：
完全开源
提供完整的 Python 接口
支持参数化设计
有活跃的社区支持
对于需要与商业 CAD 软件交互的场景，PyAutoCAD 是更好的选择
当需要处理复杂几何运算时，PythonOCC 提供了更底层的控制

# 安装必要库
pip install freecad-python
pip install pyautocad  # 可选，用于 AutoCAD 交互

import FreeCAD
import Part
import math

# 创建文档
doc = FreeCAD.newDocument('ParametricModel')

# 参数定义
cylinder_radius = 10.0
cylinder_height = 20.0
hole_radius = 2.5
hole_count = 6

# 创建基础圆柱
cylinder = doc.addObject('Part::Cylinder', 'BaseCylinder')
cylinder.Radius = cylinder_radius
cylinder.Height = cylinder_height

# 创建环形排列的孔
for i in range(hole_count):
    angle = 2 * math.pi * i / hole_count
    x = (cylinder_radius - 5) * math.cos(angle)
    y = (cylinder_radius - 5) * math.sin(angle)

    hole = doc.addObject('Part::Cylinder', f'Hole_{i}')
    hole.Radius = hole_radius
    hole.Height = cylinder_height
    hole.Placement.Base = FreeCAD.Vector(x, y, 0)

    # 布尔运算切割
    cut = doc.addObject('Part::Cut', f'Cut_{i}')
    cut.Base = cylinder
    cut.Tool = hole
    cylinder = cut  # 更新引用

# 导出模型
doc.saveAs('parametric_model.FCStd')
Part.export([cylinder], 'parametric_model.step')

import os
from tqdm import tqdm  # 进度条

def generate_variants(base_params, variations):
    """批量生成模型变体"""
    output_dir = 'variants'
    os.makedirs(output_dir, exist_ok=True)

    for i, params in tqdm(enumerate(variations)):
        current_params = {**base_params, **params}
        model = create_model(current_params)

        # 导出
        filename = os.path.join(output_dir, f'variant_{i:03d}.step')
        Part.export([model], filename)

        # 及时释放内存
        FreeCAD.closeDocument(model.Document.Name)

        # 垃圾回收
        if i % 10 == 0:
            import gc
            gc.collect()

批量处理时需要注意以下性能优化点：