根据《2025 年全国大学生机械创新设计大赛作品数字孪生设计挑战赛主题与内容的通知》（第 1 号通知）精神，为帮助各赛区和参赛者准确理解本届大赛的竞赛要求，现将有关事项通知如下：
一、数字孪生设计挑战赛涉及的基本概念
2025 年全国大学生机械创新设计大赛作品数字孪生设计挑战赛的主题为“数字孪生、智创未来”。内容为“以第十一届机创大赛获奖作品为原型（后面统称为作品原型），构建机电控一体的产品设计数字孪生体，在虚拟环境中预测产品的行为，实现产品设计迭代优化”。
1. 数字孪生（Digital Twin），也称为数字镜像、数字映射，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的物理世界的数字映射系统，需要接受物理世界实时信息，也要反过来实时驱动物理世界。数字孪生技术在高端装备制造中的应用越来越广泛，尤其是在产品设计、制造和运维阶段的应用。
（1）产品设计场景：基于建模工具建立系统级的机电控一体、多物理场耦合产品设计数字孪生体，与物理对象/环境交互运行，提供产品设计优化和虚拟验证、联合仿真与协同设计、可靠性和安全性评估等。
MBD 模型：MBD 是在产品 3D 模型中描述与产品相关的所有设计信息、工艺信息、产品属性以及管理信息的先进的产品数字化定义方法。MBD 模型应包括精确的实体 3D 模型、三维尺寸标注、注释和公差标注等信息，以及未来完整定义一个产品的所有要求。三维实体模型的属性信息包括单位制、材料、公差标准、精度、参数完整性、三维标注完整性等，这些信息的准确性对于确保最终加工的产品合格至关重要。构建作品原型的 MBD 模型必须采用能生成 MBD 模型的专用 3D 设计软件工具。
（2）制造场景：（本赛项不涉及。如需要了解，请参见本参赛须知第七条所列参考文献中的定义。）
（3）运维场景：通过产品运行过程的数据采集和分析，提升对产品运行过程的感知程度。基于大数据技术进行数据挖掘和分析，提供产品健康管理、设备优化运行、远程维护指导、备品备件调配等增值服务，提升服务水平。
本届数字孪生挑战赛主要涉及产品设计场景。通过对已获奖作品的数字孪生体的建立，培养学生运用先进的设计制造新原理、新技术优化作品结构、提升性能，降低产品创新中的成本、时间及风险，拓展实践教学内容的深度与广度、提升教师教学和工程实践能力、培养学生创新精神和实践能力。
2. 硬件在环（Hardware-in-the-Loop，简称 HIL）是一种实时仿真技术，通过将实际的控制器连接到模拟的被控对象和系统运行环境中，实现对整个系统的仿真测试。这种测试方法结合了计算机仿真和实际硬件测试的优点，能够在不使用实际硬件的情况下，模拟真实环境中的各种工况和条件，从而验证系统的性能和稳定性。
二、赛程和评审
本届数字孪生设计挑战赛分为以下三个阶段：
第一阶段：数字孪生挑战 1.0
时间 2024 年 10 月~12 月，完成报名和构建作品原型的数字孪生体，通过这个数字孪生体对作品原型进行分析、迭代，提出改进设计思路。在规定时间前提交完赛研究报告。
研究报告须包括：根据作品原型要实现的目标、解决的具体问题、系统功能、性能指标等，建立作品原型高保真的数字孪生体（3D 数字模型），真实地再现作品原型的几何、力学特征、性能、行为等，实现作品原型的时空状态、行为、功能等高置信度仿真预测；实现以下 4 项功能中的至少 2 项。
1）应用分析软件建立系统或子系统运动学、动力学分析模型并进行分析；
2）应用有限元分析软件分析完成部件或系统的力学性能和静、动态特性；
3）应用分析软件进行性能分析；
4）应用分析软件进行寿命分析。
通过建立的数字孪生体对作品原型进行分析、迭代后，列出具体的改进设计思路要点。
第二阶段：数字孪生挑战 2.0
时间 2025 年 1 月~3 月 15 日，建立数字孪生体与作品原型的连接与集成，使数字孪生体与作品原型实时同步。在规定时间前提交第二阶段完赛研究报告和系统调试视频，作品原型与数字孪生体实时同步视频。
研究报告须包括：在作品原型部署必要的传感器的理由、传感器的类型、参数、功能；所采集的控制器数据、运动数据、环境数据等；工业通信标准（OPC）或工业常见通讯协议（modbus tcp,串口通信），完成数字孪生体与作品原型连接的原理和软件代码；基于 OPC 或工业常见通信协议实现数字孪生体端与物理端的信号映射；进行通讯测试和系统调试的过程视频，最终实现数字孪生体与作品原型同步运行视频。
第三阶段：数字孪生挑战 3.0
时间 2025 年 3 月 15 日~5 月 25 日，根据第一阶段提出改进设计思路，利用第二阶段建立的数字孪生体与作品原型同步运行数据，对改进设计是否有效进行验证，完成对作品原型性能有突出影响的 1 至 2 项改进设计后的作品数字孪生体。在规定时间前，提交第三阶段完赛研究报告，以及原型作品改进后的数字孪生体样机并附主要图纸，数字孪生体运行验证视频，数据分析等。
研究报告须包括：对作品原型和数字孪生体同步运行过程分析，改进过程、改进后数字孪生体及其运行验证过程、结论；附主要设计图纸（包括纸质、电子文档）等。
有关数字孪生设计挑战赛评审规则等文件将在后续通知中发布；赛前计划组织数字孪生设计挑战赛培训会，欢迎提出建议。本届挑战赛的第一、二阶段的评审方式将采取专家审查作品提交材料的方式进行，并公布各阶段的评审结果；第三阶段的评审将采取现场评审方式进行。
三、参赛条件中“在校研究生、本科生、专科大学生（含 2025 届毕业生）”是指本届大赛期间在国家承认的高等院校注册的在校以及 2025 年毕业的研究生、本科生、专科生。
四、进入挑战赛第三阶段的参赛队需提交改进设计数字孪生体的研究报告并附主要改进设计后的图纸（包括纸质、电子文档）。其中主要设计图纸包括（A0 或 A1）总装配图、部件装配图和若干重要零件图。设计图纸要求正确、规范。所有对机械设计图纸的国家标准要求和工艺设计要求均为图纸质量评价的要素。
五、参赛队由所在学校统一向全国大赛组委会公布的报名邮箱报名或提交申请。接到大赛公布的批准参赛名单后，即可按大赛的要求逐步开展工作，并按全国大赛组委会的时间节点安排提交完成任务报告等文档，经评审通过后，继续参加下一赛程挑战赛。各阶段参赛具体要求，将陆续发送正式通知给有关参赛学校。
六、参赛作品名称必须用中文表述。各学校参赛所需费用，由学校自行承担，不得向学生个人收取任何费用。
七、参考文献
[1] 李双寿等.数字孪生在智能制造中的工程实践[M].北京：机械工业出版社，2024.
[2] 陶飞等.数字孪生及车间实践[M].北京：清华大学出版社，2021.
[3] 方志刚.复杂装备系统数字孪生[M].北京：机械工业出版社，2021.
[4] 迈克尔格里夫斯.智能制造之虚拟完美模型驱动创新与精益产品[M].方志刚等译. 北京：机械工业出版社，2019.
八、有关本届大赛通知和要求由全国大赛秘书处负责解释。其他未尽事宜，也欢迎全国广大师生及时询问，大赛秘书处负责解释。
全国大学生机械创新设计大赛组委会
2024 年 9 月 10 日
