T∕CWAN 0177-2025 焊接工艺大模型输出规范与设备接口标准

焊接工艺大模型输出规范与设备接口标准Weldingprocesslargemodeloutputspecificationandequip中国焊接协会发布T/CWAN0177—2025 III 12规范性引用文件 13术语和定义 14总体框架与核心要求 35大模型输出数据格式规范 46设备接口协议 57通信协议标准 58设备参数调整与示教文件生成 69IoT与设备联网数据接入分析 610安全与合规要求 611大模型输出与设备接口交互规范 612设备连接验证与测试规范 713焊接工艺结构化数据模型微调规范 714焊接工艺大模型的模型量化与边缘算力标准 8附录A(资料性)焊接工艺大模型连接示意图 9T/CWAN0177—2025

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件旨在规范焊接工艺大模型的输出格式、设备接口协议及交互规则，确保大模型与焊接设备之间的互操作性，提升焊接工艺智能化水平和设备协同效率。本文件适用于焊接工艺大模型开发、设备接口设计及相关系统集成场景。本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国焊接协会提出并归口。本文件起草单位：唐山松下产业机器有限公司、中焊科技发展（哈尔滨）有限公司、北京博清科技有限公司、山东奥太电气有限公司、中国兵器工业集团航空弹药研究院有限公司、上海中巽科技股份有限公司、广西柳工机械股份有限公司、坤智大数据科技（哈尔滨）有限公司、黑龙江科技大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学（珠海）、哈尔滨华德学院、哈尔滨职业技术大学。本文件主要起草人：王帅、林晓辉、冯消冰、苗文玲、周奥博、刘金龙、王铭秋、武鹏博、侯国清、于兴华、王永东、于修和、石敬宇、郝亮、刘建国、韩滕跃、范东辉、于春洋、牛董山钰、李爱民、崔元彪、方乃文。T/CWAN0177—20251本文件规定了焊接工艺大模型的输出数据格式与交互协议，电焊机、激光焊机、焊接机器人等设备的接口协议与通信标准，设备参数调整、示教文件生成及IoT数据接入方法，以及安全要求与合规性验证。本文件适用于船舶、汽车、航空航天等领域的智能化焊接系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3375焊接术语GB/T45288.1—2025人工智能大模型第1部分：通用要求GB/T45288.2—2025人工智能大模型第2部分：评测指标与方法GB/T19582.3—2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第3部分：Modbus协议在TCP/IP上的实现指南GB/T25105.3—2025工业通信网络现场总线规范类型10：PROFINETIO规范第3部分：PROFINETIO通信行规GB/T41771.12—2025现场设备集成第12部分：PROFINETGB/T31230.1—2014工业以太网现场总线EtherCAT第1部分：概述3术语和定义GB/T3375界定的及下列术语和定义适用于本文件。ModbusRTU/TCP基于串行链路（RTU模式）或TCP/IP网络（TCP模式）的工业通信协议，采用主从式通信架构，支持寄存器读写与设备控制功能。3.2Profinet：基于工业以太网的实时通信协议，分为非实时、RT（实时）、IRT（等时实时）三个等级，适用于高实时性生产线控制场景。T/CWAN0177—202523.3EtherCAT：通过“在通过时处理”机制实现高速数据传输的工业以太网协议，分布式时钟同步精度≤1μs，适配精密运动控制场景。3.4焊接工艺大模型weldingprocesslargemodel基于人工智能技术，支持自主生成工艺参数、实时缺陷检测及动态优化的智能化模型。3.5设备接口deviceinterface焊接设备（如焊机、机器人）与外部系统（如焊接工艺大模型、控制系统）之间的数据交互接口，用于实现参数传输、状态反馈等功能。3.6焊接程序集weldingprocedureset根据焊丝材质、焊丝直径、保护气体类型、有无脉冲、干伸长度等参数的选取，定义出的特定的焊接电流和电压的波形输出，统称为焊接程序集，如图1所示。图1焊接程序集1有2无3Ar(99.99%)有4无5有6有7有3.7模型量化modelquantization通过降低神经网络模型参数的数值精度（如从浮点型转为整型），减少模型存储空间和计算复杂度的技术，适用于边缘设备部署。3.8边缘节点edgenodeT/CWAN0177—20253部署在靠近数据源或用户的网络边缘侧，具备计算、存储和网络能力的设备或节点，用于实现本地数据处理和低延迟响应。3.9边缘算力部署edgecomputingpowerdeployment将计算资源、人工智能模型或服务部署到边缘节点的过程，以满足实时性、带宽优化和数据隐私保护需求。4.0焊接工法集weldingmethodset本文件中，指基于已设定的焊接程序衍生的三类焊接方式的集合：①两个不同焊接程序按设定频率和占空比切换输出；②单个焊接程序按设定频率和占空比间断输出（间断期间可选择有或无电流电压输出）；③单个焊接程序的两个不同电流电压设定值按设定频率和占空比交替输出。例如：双脉冲工法：本文件中，指同一焊接程序下，按设定的不同电流、电压值，以设定频率和占空比交替输出的焊接方式。4.1工艺参数集processparameterset本文件中，指焊接过程核心参数的标准化集合，包含以下参数的规范描述：电流（A，焊焊接速度（mm/s，焊枪沿焊缝移动的速度，典型范围0.5-10mm/s）、焊枪前进角(°,焊枪轴线与焊缝方向的夹角，典型范围0-30°)、工作角(°,焊枪轴线与工件表面的夹角，典型范围0-90°)、工件预热温度(℃,典型范围25-300℃)、层间温度(℃,典型范围25-200℃)、焊后保温温度及时间(℃/min，典型温度25-200℃,时间10-60min）等。4总体框架与核心要求4.1技术框架4.1.1数据层：支持结构化数据（工艺参数、设备状态）与非结构化数据（图像、日志）存储。4.1.2模型层：集成工艺生成、缺陷识别、自适应控制等模块，支持多模态输入（文本、图像、传感器数据）。4.1.3接口层：作为模型层与设备层、应用层的交互枢纽，提供多类型统一接口协议及标准化数据格式。其中，RESTfulAPI用于云端应用与模型层的数据交互（如工艺参数查询、优化指令下T/CWAN0177—2025发），响应时间≤100ms；工业总线协议（ModbusRTU/TCP、Profinet）适配现场设备的实时控制需求，传输延迟≤50ms；数据格式方面，JSON用于轻量化参数传输，XML支持复杂结构化数据（如工艺文档、设备日志）的封装。接口需满足双向通信能力，包括设备状态上报、模型指令下发、异常信息反馈三大核心功能，并兼容第三方系统通过API密钥认证接入。4.1.4应用层：通过接口层提供的标准化接口，支持设备状态上报、工艺参数下发、异常信息反馈等接口功能，为上层应用（如数字孪生、远程监控、工艺优化、设备管理）提供数据交互能力，确保应用功能与模型层、设备层的无缝对接。4.2核心要求4.2.1协议兼容性：支持ModbusRTU/TCP、Profinet、EtherCAT等主流工业协议。4.2.2实时性：现场设备控制指令传输延迟≤50ms，关键工艺数据（电流、电压等）采样频率≥100Hz。4.2.3扩展性：允许第三方模型通过WebAPI接入系统，兼容OpenAIAPIv1.0及以上版本的请求/响应格式（请求采用POST方法，Content-Type为application/json，响应包含choices字段及生成内容），支持模型能力的动态扩展。4.2.4边缘算力指标要求：边缘节点需满足以下算力指标：①计算能力建议≥6TOPS（INT8），支持神经网络模型推理加速；②内存建议≥4GB，闪存建议≥32GB，满足模型存储与临时数据处理需求；③推理延迟建议≤20ms（针对量化后的焊接工艺大模型）；④并发处理能力≥1路设备数据接入，支持多设备协同控制。5大模型输出数据格式规范5.1通用数据格式采用JSON格式，字段定义如下：{"process_id":"工艺唯一标识（字符串）","welding_method":"MIG",//焊接方法（字符串）"material_type":"碳钢",//材料类型（字符串）"parameters":{"current":150,//焊接电流（A）"voltage":22.5,//焊接电压（V）"speed":8.2//焊接速度（mm/s）"defects":[T/CWAN0177—20255{"type":"气孔","position":[10,20],"confidence":0.95}]}5.2场景适配格式5.2.1工艺优化：输出参数组合及置信度评分，示例：{"optimized_params":{"current":160,"voltage":24},"score":0.88}5.2.2缺陷识别：支持多缺陷并行输出，需标注缺陷类型、位置坐标（[x,y]像素点）、严重等级（1-5级，1为轻微，5为严重）及置信度（0-1）。示例：{"defects":[{"type":"气孔","position":[100,200],"severity":3,"confidence":0.92},{"type":"裂纹","position":[300,400],"severity":5,"confidence":0.88}]}。6设备接口协议6.1电焊机接口ModbusTCP：读写电流、电压参数（例如，寄存器地址：0x1000=电流值(A)，0x1001=电压值(V)，0x1002=焊接速度(mm/s)，0x1003=干伸长度(mm)）。Profinet：支持多焊机协同作业的实时同步，同步周期≤1ms，数据交换采用IO-Link协议。6.1.2参数调整示例：FunctionCode:0x06(写单个寄存器)Address:0x1000Value:150(电流值，单位A)7通信协议规范通信协议规范按照表2要求进行。图2通信协议要求协议类型适用场景关键参数ModbusTCP参数读写寄存器地址、功能码Profinet高实时性生产线控制同步周期≤1msMQTTIoT数据上报主题格式：/welding/{device_id}/status，QoS等级=1T/CWAN0177—202568设备参数调整8.1电焊机参数调整电压20-50V，焊接速度0.83-83.3mm/s（对应0.05-5m/min）。8.1.2异常处理：若参数超限，建议返回错误码0x82（非法数据值若地址错误，建议返回0x80（非法数据地址）。9IoT与设备联网数据接入分析协议：MQTT3.1.1（QoS等级=1），数据主题：/welding/{device_id}/status，上报频率：每1秒一次。数据字段：电流(A)、电压(V)、温度(℃)、能耗(kWh)。10安全与合规要求TLS_AES_256_GCM_SHA384。存储加密：本地数据库及云端存储采用AES-256算法加密。10.2设备认证：OAuth2.0设备身份认证（采用客户端凭证模式，客户端ID和密钥由系统管理员分配）。双向证书校验：设备与服务器之间的通信采用X.509标准双向证书校验，证书有效期不超过1年，到期前30天需更新。11大模型输出与设备接口交互规范11.1输出参数映射规则大模型输出的工艺参数需按设备接口协议（如ModbusTCP寄存器地址）进行映射，映射规则包括：1.参数类型转换（如大模型输出浮点数转设备支持的整数需四舍五入2.参数范围验证（需符合设备接口协议规定的典型范围，如电流50-500A）；3.寄存器地址匹配（需与设备接口文档一致）。示例：大模型输出的"current"参数（浮点数，如150.5A）转整数151A后，映射到电焊机ModbusTCP寄存器0x1000。11.2接口校验机制设备接口需对大模型输出参数进行合法性校验，校验顺序为：1.格式校验（是否符合JSON规范）；2.类型校验（是否与设备要求的类型一致）；3.范围校验（是否在设备支持的典型范围内）。校验失败时，根据错误类型返回对应错误码（参考8.1.2：格式错误返回0x81，类型错误T/CWAN0177—20257返回0x83，范围错误返回0x82），并拒绝执行参数写入操作。12设备连接验证与测试规范12.1大模型输出验证验证大模型输出需包含：1.格式验证（使用JSONSchema验证是否符合5章通用数据格式要求）；2.参数约束验证（参数类型、范围是否满足设备接口协议约束）；3.完整性验证（是否包含所有必填字段，如process_id、parameters）。验证频率为每次大模型输出后执行。12.2设备接口测试设备接口测试需覆盖：1.响应时间（参数写入后设备反馈时间≤50ms）；2.正确性（设备实际参数值与大模型输出值误差≤±1%3.异常处理（测试参数超限、格式错误、类型不匹配时，设备是否返回正确错误码并拒绝执行）。13焊接工艺结构化数据模型微调规范13.1结构化数据要求13.1.1数据类型：需包含焊接工艺参数（电流、电压、速度等）、设备状态数据（温度、能耗、运行时长等）、缺陷记录数据（类型、位置、严重等级等）及工艺优化结果数据（参数组合、置信度等）。13.1.2数据格式：采用JSON或CSV结构化格式，字段需包含数据唯一标识、时间戳、数据类型、数值及单位，示例：{"data_id":"D20251230001","timestamp":"2025-12-30T10:00:00","type":"current","value":150,"unit":"A"}。13.1.3数据质量：数据完整性≥95%（无缺失字段）、数据准确率≥98%（数值误差≤±1%）、数据一致性（同一设备同一时间戳数据无冲突）。13.2微调流程规范13.2.1数据预处理：包括数据清洗（去除异常值、填补缺失值）、数据归一化（将参数值映射至[0,1]区间）、数据划分（训练集70%、验证集20%、测试集10%）。13.2.2参数设置：推荐学习率范围1e-5~1e-3（推荐采用余弦退火策略）、推荐批次大小32~128（根据模型规模调整）、推荐迭代次数50~200（推荐设置早停策略，验证集损失连续5次无下降则停止）。13.2.3训练过程：推荐采用监督学习方式，推荐损失函数为均方误差（回归任务）或交叉熵（分T/CWAN0177—20258类任务），训练环境推荐满足GPU显存≥16GB、CPU核心数≥8。13.3微调效果评估13.3.1评估指标：工艺参数预测准确率≥95%、缺陷识别F1值≥0.92、设备状态预测误差≤±2%、泛化能力（跨设备测试准确率≥90%）。13.3.2评估流程：每次微调后需在测试集上进行评估，评估结果需保存为JSO