industrial-software-dev

name	industrial-software-dev
description	专注工业软件代码研发：提供 OpenCASCADE、OpenSceneGraph、VTK、FreeCAD、SolveSpace、LibrePCB、FastCAE 等主流工业开源库的深度集成指导、源码阅读分析、架构设计与工程实践；覆盖 CAD 图形平台、几何造型器、显示渲染器、几何约束求解器、CAE/CAM、EDA、UI 界面、空间索引、数据格式等全领域；当用户需要开发 CAD/CAM/CAE/仿真/可视化/EDA 软件、参考开源库源码实现、集成几何内核或约束求解器、搭建工业软件研发环境、进行技术选型或解决 3D 建模/渲染/数值计算难题时使用

工业软件代码研发

技能定位

本 Skill 聚焦于工业软件代码研发，核心能力包括：

• CAD 图形平台：FreeCAD、OpenSCAD、QCAD、LibreCAD、BRL-CAD、JSketcher、Macad3D 等
• 几何造型器（内核）：OpenCASCADE (OCCT)、AMCAX 九韶内核（国产）、openNURBS、LNLib、CGAL、libigl
• 显示渲染器：OpenSceneGraph (OSG)、VTK、Mayo
• CAE/仿真：OpenFOAM、FastCAE（国产）、deal.II、Gmsh
• 几何约束求解器：SolveSpace、PlaneGCS、psketcher
• EDA：LibrePCB
• UI 界面：SARibbon、QtRibbonGUI（Qt Ribbon 控件）
• 空间数据索引：libspatialindex（R-tree/KNN）
• 数据格式：IFC++（BIM/IFC）
• 字体：FreeType
• GitHub 源码参考：阅读、分析工业开源项目源码，提炼可复用设计模式
• Cursor & Claude 辅助研发：针对工业软件场景的 AI 辅助编码最佳实践

核心开源库速查

CAD 图形平台（集成）

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
FreeCAD	FreeCAD/FreeCAD	C++/Python	参数化建模、插件架构	CAD 平台参考、插件开发
OpenSCAD	openscad/openscad	C++	CSG 脚本建模	3D 打印、参数化零件
QCAD	qcad/qcad	C++/Qt	2D CAD、DXF/DWG	技术图纸、建筑平面图
LibreCAD	LibreCAD/LibreCAD	C++/Qt	2D 绘图、DXF	轻量级 2D CAD
BRL-CAD	BRL-CAD/brlcad	C/C++	CSG+BRep、光线追踪	国防/工程仿真
JSketcher	xibyte/jsketcher	TypeScript/WASM	Web 3D 建模、2D 约束	Web CAD、在线设计
Macad3D	Macaad3d/Macad3D	C#/.NET	C#+OCCT 3D CAD	.NET CAD 参考
PythonOCC-CAD	qunat/Pythonocc-CAD	Python	Python CAD 框架	快速原型开发

几何造型器（内核）

库名	GitHub/官网	语言	核心能力	典型用途
OpenCASCADE (OCCT)	Open-Cascade-SAS/OCCT	C++	BRep 建模内核、STEP/IGES	CAD/CAM 核心
AMCAX 九韶内核	amcax.net	C++	国产 CAD/CAE/CAM 内核	国产替代 OCCT
openNURBS	mcneel/opennurbs	C++	NURBS、.3dm 格式	Rhino 模型读写
LNLib	BIMCoderLiang/LNLib	C++	NURBS 算法	曲面造型研究
CGAL	CGAL/cgal	C++	计算几何、网格布尔	碰撞检测、网格处理
libigl	libigl/libigl	C++	几何处理算法	网格变形、UV 展开
Open3D	isl-org/Open3D	C++/Python	点云处理、3D 重建	工业测量、质检

显示渲染器

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
OpenSceneGraph (OSG)	openscenegraph/OpenSceneGraph	C++	场景图、3D 渲染	工业仿真、虚拟现实
VTK	Kitware/VTK	C++/Python	科学可视化、体渲染	CAE 后处理、医学影像
Mayo	fougue/mayo	C++/Qt	3D CAD 查看器	格式转换、OCCT 参考

CAE / 仿真

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
OpenFOAM	OpenFOAM/OpenFOAM-dev	C++	CFD 流体仿真	流体动力学
FastCAE	DISOGitHub/FastCAE	C++/Python	国产 CAE 集成平台	CAE 前后处理插件框架
deal.II	dealii/dealii	C++	有限元计算	CAE 数值仿真
Gmsh	gmsh-org/gmsh	C++/Python	网格生成	CAE 前处理

几何约束求解器

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
SolveSpace	solvespace/solvespace	C/C++	参数化 3D CAD、约束求解	草图约束、机构仿真
PlaneGCS	CadQuery/PlaneGCS	C++	2D 几何约束求解	CAD 草图模块集成
psketcher	peizhan/psketcher	C++	参数化草图约束	2D/3D 草图

UI 界面

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
SARibbon	czyt1988/SARibbon	C++/Qt	Ribbon 控件	CAD/工业软件 Office 风格 UI
QtRibbonGUI	liang1057/QtRibbonGUI	C++/Qt	Ribbon 界面	Qt Ribbon 快速集成

空间索引 / 数据格式 / 字体

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
libspatialindex	libspatialindex/libspatialindex	C++	R-tree/KNN 空间索引	拾取加速、点云检索
IFC++	ifcquery/ifcplusplus	C++	BIM/IFC 格式读写	建筑数字孪生、BIM 软件
FreeType	freetype.org	C	字体渲染引擎	3D 软件文字、3D 文字挤出

EDA

库名	GitHub	语言	核心能力	典型用途
LibrePCB	LibrePCB/LibrePCB	C++/Qt	PCB 原理图+布局	开源 EDA 工具

前置准备

• 根据任务类型按需读取参考文档（渐进式披露原则）：
  • 涉及几何内核/CAD 开发时：读取 references/open-source-libraries.md → 几何造型器章节（OCCT/AMCAX/openNURBS）
  • 涉及 CAD 集成平台时：读取 references/open-source-libraries.md → CAD 图形平台章节（FreeCAD/OpenSCAD/QCAD）
  • 涉及 3D 可视化/渲染时：读取 references/open-source-libraries.md → 显示渲染器章节（OSG/VTK/Mayo）
  • 涉及几何约束/草图时：读取 references/open-source-libraries.md → 几何约束求解器章节（SolveSpace/PlaneGCS）
  • 涉及 CAE/仿真时：读取 references/open-source-libraries.md → CAE 章节（OpenFOAM/FastCAE/deal.II/Gmsh）
  • 涉及 UI 界面开发时：读取 references/open-source-libraries.md → UI 界面章节（SARibbon/QtRibbonGUI）
  • 涉及 BIM/IFC 格式时：读取 references/open-source-libraries.md → 数据格式章节（IFC++）
  • 涉及 PCB/EDA 时：读取 references/open-source-libraries.md → EDA 章节（LibrePCB）
  • 涉及空间检索加速时：读取 references/open-source-libraries.md → 空间数据索引章节（libspatialindex）
  • 涉及字体/3D 文字时：读取 references/open-source-libraries.md → 字体章节（FreeType）
  • 涉及工业协议集成时：读取 references/industrial-protocols.md
  • 涉及安全合规时：读取 references/security-compliance.md
  • 涉及设备连接时：读取 references/device-connectivity.md
  • 涉及技术架构时：读取 references/architecture-patterns.md
  • 涉及市场分析时：读取 references/market-analysis.md
  • 涉及开发环境配置时：读取 references/development-guide.md

操作步骤

流程A：开源库源码参考与代码研发

阶段1：需求理解与库选型

1. 明确技术需求
   • 确认功能域（几何建模 / 3D 渲染 / 数值仿真 / 数据采集 / 可视化）
   • 评估性能要求（实时渲染帧率 / 计算精度 / 并发量）
   • 确认语言绑定（纯 C++ / Python 绑定 / 混合）
2. 开源库速查（参考上方核心库速查表 + references/open-source-libraries.md）
   • 对比候选库的 GitHub Star 趋势、Issue 活跃度、最近提交频率
   • 查阅 License（LGPL/Apache/MIT）确认商业可用性
   • 下载并运行官方 Examples 验证可行性
3. 关键输出：技术选型报告、POC 验证结果

阶段2：GitHub 源码阅读与分析

1. 源码结构解析
   • 克隆目标仓库，理解顶层目录结构（src/include/examples/tests）
   • 阅读 CMakeLists.txt 理解构建依赖关系
   • 定位核心模块（如 OCCT 的 BRep 模块、OSG 的 NodeKit 体系）
2. 关键路径追踪
   • 从 Examples 入手，追踪核心 API 的实现链路
   • 阅读头文件接口定义，理解类继承关系和设计模式
   • 重点关注：数据结构、算法实现、内存管理策略
3. 可复用设计提炼
   • 识别可借鉴的设计模式（Visitor、Command、Observer 等）
   • 提炼接口设计规范和命名约定
   • 记录关键 API 和使用限制
4. 关键输出：源码阅读笔记、API 使用指南、架构关系图

阶段3：集成开发

1. 环境搭建（参考 references/development-guide.md）
   • 配置 C++ 工具链（CMake + vcpkg/Conan）
   • 配置 Python 绑定环境（conda / venv）
   • 配置 Cursor .cursorrules 工业软件研发规范
2. 接口封装
   • 封装第三方库接口，隔离上层业务与底层库耦合
   • 设计适配器层，统一错误处理和资源管理
   • 编写类型安全的 C++ Wrapper 或 Python 绑定
3. 核心功能实现
   • 参照开源库 Examples 实现业务功能
   • 遵循库的最佳实践（如 OCCT Handle 机制、OSG ref_ptr 智能指针）
   • 编写单元测试和集成测试
4. 关键输出：集成代码、封装层、测试套件、技术文档

阶段4：性能优化与调试

1. 性能分析
   • 使用 VTune / perf / gprof 定位热点
   • 分析内存使用（Valgrind / AddressSanitizer）
   • 3D 渲染性能：检查 Draw Call、LOD、Culling
2. 优化策略
   • 几何计算：利用 OCCT BVH 加速空间查询
   • 渲染优化：OSG StateSet 合批、OSG Impostor LOD
   • 并行化：OpenMP / TBB 加速数值计算
3. 关键输出：性能基准报告、优化方案

流程B：工业软件全生命周期管理

阶段1: 需求分析

1. 需求收集
   • 识别业务场景和用户角色
   • 明确功能需求和非功能需求（性能、可靠性、安全性）
   • 梳理工业现场约束（设备兼容性、网络环境、部署环境）
2. 需求分析
   • 生成需求规格说明书
   • 识别关键业务流程和数据流
   • 评估技术可行性和风险
3. 关键输出物：需求规格说明书、业务流程图、风险评估报告

阶段2: 系统设计

1. 架构设计（参考 references/architecture-patterns.md）
   • 选择合适架构模式（分层 / 微服务 / 插件化）
   • 设计系统组件和模块划分
   • 定义接口规范和数据模型
2. 技术选型
   • 根据业务需求选择技术栈
   • 选择合适的开源库（参考 references/open-source-libraries.md）
   • 评估工业协议兼容性（参考 references/industrial-protocols.md）
3. 关键输出物：系统架构设计文档、技术选型方案、接口定义文档

阶段3: 开发实施

1. 开发准备（参考 references/development-guide.md）
   • 搭建开发环境和构建工具链
   • 建立代码规范和版本管理策略
2. 编码实现
   • 按照设计文档进行模块化开发
   • 集成开源库（参考 references/open-source-libraries.md）
   • 实现工业协议适配层（参考 references/device-connectivity.md）
3. 关键输出物：源代码库、单元测试、技术文档

阶段4: 测试验证

1. 测试策略：功能测试、性能测试、安全测试、兼容性测试
2. 工业场景测试：模拟现场环境、设备互联稳定性、异常恢复
3. 关键输出物：测试报告、缺陷清单、性能基准

阶段5: 部署上线

1. 部署准备：部署计划、回滚方案、生产环境配置
2. 灰度发布：分阶段上线、监控告警、用户反馈
3. 关键输出物：部署文档、监控配置、上线报告

阶段6: 运维优化

1. 运维监控：监控体系、告警机制、定期巡检
2. 持续改进：收集用户反馈、迭代优化、维护技术文档
3. 关键输出物：运维手册、性能优化报告、版本迭代计划

流程C：技术选型与架构设计

技术选型决策框架

1. 需求分析：明确业务需求、技术约束、关键性能指标
2. 方案评估：列出候选方案、建立评估维度（功能/成本/学习曲线/License）、POC 验证
3. 决策输出：技术选型对比表、决策依据、风险评估、技术路线图

架构设计指导

1. 架构模式选择（参考 references/architecture-patterns.md）
   • 根据系统规模选择：分层架构 / 插件化 / 微服务 / 边缘计算
   • CAD/CAE 软件优先考虑插件化架构（参考 FreeCAD 的 Workbench 机制）
2. 关键设计决策：数据一致性策略、服务间通信协议、容错方案
3. 架构评审：识别潜在风险、优化方案

流程D：市场分析与商业化策略

市场分析

1. 市场调研：参考 references/market-analysis.md，分析目标市场规模与趋势
2. 竞品分析：调研 CATIA、SolidWorks、NX 等商业软件，对比开源竞品
3. 用户画像：描述典型用户角色、使用场景、痛点与优先级

商业化策略

1. 产品定位：核心价值与差异化（技术深度 / 垂直行业 / 国产替代）
2. 定价策略：开源核心 + 商业增值服务、按席位/按使用量
3. 推广策略：技术社区、行业展会、合作伙伴生态

Cursor 专用配置

.cursorrules 工业软件研发规范

在项目根目录创建 .cursorrules 文件，内容如下：

# 工业软件研发规范（Cursor Rules）

## 技术栈上下文
- 核心几何内核：OpenCASCADE (OCCT) C++ API
- 3D 渲染引擎：OpenSceneGraph (OSG) 或 VTK
- 构建系统：CMake 3.20+
- 包管理：vcpkg 或 Conan
- Python 绑定：pybind11 / pythonocc-core

## C++ 编码规范
- 使用 OCCT Handle<T> 智能指针管理几何对象生命周期，禁止裸指针持有 Transient 对象
- OSG 对象使用 osg::ref_ptr<T>，禁止裸指针
- 类名使用 PascalCase，函数名使用 camelCase，成员变量前缀 m_
- 每个公开 API 必须有 Doxygen 注释
- 使用 C++17 特性（std::optional, std::variant, structured bindings）
- 几何算法实现要处理数值精度问题（使用 Precision::Confusion() 等 OCCT 精度常量）

## 架构规范
- 业务逻辑层不直接依赖 OCCT/OSG/VTK 具体类型，通过抽象接口访问
- 几何建模、可视化、数据管理三层严格分离
- 插件/模块通过接口注册，支持动态加载
- 大型几何运算放入后台线程，UI 线程保持响应

## 性能规范
- 3D 场景更新使用 OSG 的 NodeVisitor 模式，避免全场景遍历
- OCCT 布尔运算等耗时操作异步执行，提供进度回调
- 网格数据优先使用 VTK 的流水线（Pipeline）模式处理
- 启用 OCCT 的 BVH 空间加速结构用于碰撞检测和拾取

## 安全与稳定性
- OCCT 异常使用 Standard_Failure 捕获，不用 std::exception
- 文件格式解析（STEP/IGES/STL）必须做错误处理和格式验证
- 多线程访问 OCCT 对象需加锁（OCCT 非线程安全）

Claude 常用提示词模板

# 开源库 API 查询
查阅 OpenCASCADE 源码，帮我实现 [具体功能]，要求使用 OCCT 7.x API，给出 C++ 示例代码

# 源码分析
分析 FreeCAD 的 [模块名] 模块源码结构，解释其设计模式和关键类的职责

# 架构设计
参考 OpenSceneGraph 的场景图设计，为我的工业仿真软件设计渲染层架构

# 集成方案
我需要在 Qt 应用中集成 VTK 渲染窗口，同时使用 OCCT 做几何建模，给出集成方案和代码框架

# 性能问题排查
我的 OCCT 布尔运算在大型装配体上很慢，帮我分析原因并给出优化方案

# 代码迁移
将以下 OCCT 6.x 代码迁移到 7.x API：[代码]

资源索引

文档	用途
references/open-source-libraries.md	OCCT/OSG/VTK/FreeCAD/CGAL 等库的详细介绍、API 示例、集成指南
references/architecture-patterns.md	工业软件架构设计模式、技术栈选择
references/development-guide.md	开发环境搭建、Cursor/Claude 配置、项目脚手架
references/industrial-protocols.md	工业协议特性与选型（Modbus/OPC UA/MQTT 等）
references/device-connectivity.md	设备互联技术方案与最佳实践
references/security-compliance.md	工业数据安全要求与合规标准
references/market-analysis.md	工业软件市场分析方法与商业化策略

注意事项

开源库使用注意

• OCCT Handle 机制：所有继承自 Standard_Transient 的对象必须使用 Handle<T> 管理，切勿使用裸指针或 std::shared_ptr
• OSG ref_ptr：OSG 对象使用引用计数，必须用 osg::ref_ptr<T>，注意循环引用问题
• VTK Pipeline：VTK 采用流水线架构，修改数据后需调用 Modified() 触发更新
• License 合规：OCCT/FreeCAD/OSG 均为 LGPL，商业产品动态链接可免版权，但需保留库的版权声明
• 线程安全：OCCT 核心库非线程安全，多线程场景需做好同步
• 版本兼容性：OCCT 7.x 与 6.x API 有较大变化，集成前确认版本

AI 辅助研发注意

• 上下文提供：向 Claude/Cursor 提问时，提供具体的库版本号、头文件路径、错误信息
• 参考官方 Examples：先阅读库的官方 Examples，再让 AI 帮助定制扩展
• 代码验证：AI 生成的 OCCT/OSG 代码需在本地编译验证，API 可能随版本变化
• 渐进式提问：复杂功能分步骤提问，先实现最小可用版本再逐步完善

工业领域特殊性

• 工业软件需要高可靠性、实时性、兼容性，与通用软件开发有显著差异
• 数据安全：工业数据涉及生产安全，参考 references/security-compliance.md
• 设备互联：参考 references/device-connectivity.md 设计稳定的通信机制

使用示例

示例1：使用 OCCT 实现 CAD 布尔运算

场景：需要在工业软件中实现零件的求差（挖孔）功能

执行方式：

1. 读取 references/open-source-libraries.md → OCCT 章节，查阅 BooleanOperations API
2. 使用 OCCT BRepAlgoAPI_Cut 实现布尔差运算
3. 通过 BRep_Builder + TopoDS_Compound 管理复合体
4. 使用 BRepMesh_IncrementalMesh 生成可视化网格
5. 输出：可运行的 C++ 代码 + CMakeLists.txt 配置

示例2：参考 FreeCAD 源码设计插件架构

场景：开发自己的 CAD 平台，需要设计可扩展的插件系统

执行方式：

1. 分析 FreeCAD GitHub 仓库的 src/App/ 和 src/Gui/ 结构
2. 提炼 FreeCAD Workbench 机制的核心设计模式
3. 设计基于接口的插件注册/发现/加载机制
4. 输出：插件架构设计文档 + 核心接口 C++ 定义

示例3：OSG + OCCT 联合集成

场景：将 OCCT 的几何模型在 OSG 场景中渲染

执行方式：

1. 读取 references/open-source-libraries.md → OCCT 和 OSG 章节
2. 实现 OCCT TopoDS_Shape → osg::Geometry 的网格转换器
3. 管理 OSG 场景图中几何节点的更新与删除
4. 配置 OSG 光照、材质与拾取（Pick）交互
5. 输出：完整的集成代码框架 + 使用示例

示例4：VTK 实现 CAE 后处理可视化

场景：需要可视化有限元仿真结果（应力云图、变形动画）

执行方式：

1. 读取 references/open-source-libraries.md → VTK 章节
2. 使用 vtkUnstructuredGrid 加载有限元网格数据
3. 使用 vtkLookupTable + vtkScalarBarActor 实现应力云图
4. 使用 vtkWarpVector 实现变形动画
5. 输出：VTK 可视化代码 + Qt 窗口集成方案

示例5：Open3D 实现工业点云质检

场景：使用 3D 扫描仪采集点云，与 CAD 模型对比进行尺寸检测

执行方式：

1. 读取 references/open-source-libraries.md → Open3D 章节
2. 使用 Open3D 加载并预处理点云（去噪、下采样、法线估计）
3. 使用 ICP（迭代最近点）算法将点云配准到 CAD 参考模型
4. 计算点到面距离，生成偏差热图
5. 输出：完整质检流程代码 + 可视化报告

示例6：开发工业设备监控系统

场景：监控工厂生产设备，采集 Modbus/OPC UA 数据并可视化

执行方式：

1. 读取 references/industrial-protocols.md 了解协议特性
2. 读取 references/device-connectivity.md 设计数据采集架构
3. 读取 references/architecture-patterns.md 选择合适架构模式
4. 使用 pymodbus + opcua-asyncio 实现多协议采集
5. 输出：系统设计方案 + 技术选型建议 + 关键代码实现

示例7：配置 Claude Code 开发工业物联网平台

场景：使用 Claude Code 开发工业物联网平台

执行方式：

1. 读取 references/development-guide.md 获取环境配置指南
2. 确定技术栈（FastAPI + InfluxDB + Redis）
3. 生成项目脚手架和配置文件
4. 提供 Claude Code 的专用配置和提示词模板
5. 输出：完整的项目结构 + 开发指南