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问渠教材阅读与使用说明

问渠自编教材在平台上直接阅读。目前有三本：《机器人学》、《大学物理》和《线性代数》（后两本 2026-10-02 起），都在逐章编写，写好一章，上线一章。《线性代数》先上线的是样章第 18 章“奇异值分解”。

《人工智能》分上下两篇：上篇“人工智能与 CUDA”，下篇“人工智能典型与成功应用”，已上线第 1—19 章（第 4—12 章是草稿，书中 GPU 实测的数字显示“〔待实测〕”，云端实测完成后自动填入）。它的实验分两轨：浏览器实验（不需要显卡）和云端 GPU 实验（第 4 章起，用法见《GPU 实验使用说明》；第 10 章的 AMD 与昇腾实验要等平台接上）。第 3 章起的部分浏览器实验用“GPU 执行模拟器”：一个能看到每个时钟周期的教学模型，演示线程束分化、延迟隐藏、合并访问、存储体冲突和分块矩阵乘法的数据流；它不是真实 GPU 的仿真，给出的周期数只用来比较不同写法的好坏，简化之处写在每个实验的指导书里。

《人工智能》在第 1 章之前另有一个数学篇（2026-10-08 起，M1—M4 共 4 章）：M1 线性代数、M2 微积分与最优化、M3 概率与统计、M4 信息论与数值计算。它不是一门独立的数学课，只讲这本书用得到的部分，每节都写明"在第几章用得上"，证明回扣仓库里的《线性代数》《微积分》两本教材。章号带 M，排在目录最前面。

阅读

  1. 登录后，左侧点 教材，在书架上选一本书打开。
  2. 左边是目录，按篇、章、节排列：
  3. 点章名展开这一章的各节；
  4. 已经写好的节可以点开；
  5. 还没写的节标“待写”，是灰色。 手机上点上方的 ☰ 目录 打开目录。
  6. 右边是正文。公式、插图都在正文里直接显示。
  7. 动画在正文里直接点播放，有中英字幕。新写的动画上线后由服务器自动制作，通常几分钟到半小时，这期间显示“动画制作中”。
  8. 虚拟实验处有两个按钮：▶ 在本页运行，实验就在正文里展开，做完再点一次收起；↗ 打开实验，在新页面打开本章的实验页，并直接跳到这个实验（屏幕小或想同时看正文和实验时用）。实验在浏览器里直接做，不用装软件；每个实验有几个任务，做到了自动打勾。任务进度只保存在当前这台设备的浏览器里。
  9. 《线性代数》的实验多用“线性变换演示台”：拖动矩阵元素，看平面网格和单位圆怎样变形，读出奇异值、特征值等；图像类实验（如第 18 章的低秩逼近）直接在浏览器里对图像做矩阵分解，第一次打开要算一两秒。
  10. 《微积分》的实验多用“一元微积分演示台”：拖动步长 h 看割线转成切线，把曲线放大看它变直，读出差商与导数；另有运动曲线（位置、速度、加速度、加加速度四条曲线联动）和相关变化率（云台相机跟踪 AGV）等实验。《微积分》先上线的是样章第 7 章“导数”。
  11. 有的实验是三维的（例如第 12 章的 UR5e、SCARA）：用的是问渠零件库里的真实机器人模型，鼠标拖动可以转动视角，滑块控制各关节。第一次打开需要几秒钟加载模型。
  12. 有的实验带电路仿真器（例如第 39 章的应变片电桥、自动检测工位）：实验区上方是可编辑的电路图，鼠标移到导线上可以看电压，双击元件可以改参数；下方是虚拟仪表和报告。电路仿真器是开源的 CircuitJS，已内置在页面里，不需要联网。
  13. 按钮旁边有“实验指导书（Word）”和“实验报告模板（Word）”两个下载链接。指导书写明实验原理、步骤、数据表、注意事项和思考题；报告模板按平台统一的格式（八栏正文、AI 使用声明、评分量规），学生填好后在“作业”中上传。
  14. 手机微信小程序里，动画显示封面，实验显示提示，请在网页端观看、操作和下载指导书。
  15. 工程任务单（《机械制造技术》《机械设计》，2026-10-02 起）：绿色的任务卡片写明角色、经过的数字工厂工位、背景和交付物，上方有“任务单（Word）”“评分量规（Word）”“空白计算书（Word）”三个下载链接。任务要在数字工厂里完成，做法见《工程任务单使用说明》。
  16. 每章开头有“本章提要”，末尾有“本章小结”：速查表、历史注记和参考文献。
  17. 本章互动资源：每章的第一页（本章提要）上方列出本章全部的动画和虚拟实验，点一下就跳到正文中它所在的位置。
  18. 全书互动资源：目录上方的 ◆ 互动资源，按章列出全书的动画和实验，每项一句话说明，老师上课时可以直接从这里调用。
  19. 中文 / English：目录上方可以切换正文语言，选择会记在这台设备上。已出英文版的章（《机器人学》第 4、12、39 章，《机械设计》第 33 章，《数字集成电路设计》第 1 章）显示英文正文、英文插图、英文实验文档（Word）和英文 PDF；动画本来就有中英字幕；实验页打开时为英文界面。还没有英文版的节，切到 English 时显示中文，并在上方注明“英文版待出”。
  20. 章的状态：章名旁的小标签表示这一章到了哪一步：草稿、AI 审稿、初审、团队审阅、定稿。审阅团队请以标签为准，确认读的是哪一稿。
  21. 每节末尾有上一节、下一节的链接。
  22. 算例后面的“程序”框：点开能看到计算这个算例的 Python 程序，下面是程序的运行结果。书中的数字都由这些程序算出。

下载 PDF（老师）

有建课权限的老师，在正文上方会看到 ⤓ 本章 PDF，点一下下载整章的 PDF，可以打印或发给学生。切到 English 时下载的是英文版 PDF（该章有英文版时）。审阅团队审稿也用这两种 PDF：在 PDF 上批注，交 Eddie 汇总。下载链接一小时内有效，过期再点一次即可。

学生看不到 PDF 按钮，在平台上阅读。

网页互动课件（2026-11-01 起，先有《机械制造技术》第 54 章）

有课件的章，正文上方会出现 ▶ 课件，老师和学生都能点。课件在新窗口里打开，像 PPT 一样放映：

  1. 翻页：→、空格或回车下一步（要点逐条出现），← 上一步；手机上左右滑动。右下角也有按钮。
  2. 讲者窗口：按 S，另开一个窗口，里面有这一页的中英讲稿、下一页的标题和计时；两个窗口同步翻页。把课件窗口拖到投影上、讲者窗口留在自己屏幕上。
  3. 全屏：按 F。
  4. 动画和实验是“活”的：动画循环播放；实验页嵌在课件里可以直接拖参数、做任务，点 全屏做实验 ▶ 放大，按 Esc 回到课件。
  5. 下载（老师）：老师还有 ⤓ 下载课件，下载的是一个网页文件，断网时双击用浏览器打开也能放映（动画和实验都在文件里）。

还没在服务器上做好的二维动画，课件里显示“动画制作中”，做好后再打开就有了。课件里的数字、插图与教材正文同一来源，改了教材，课件随部署一起更新。

给编写者

教材的源文件在仓库的 textbook/ 目录，写法和检查规则见 textbook/README.md。推送到 main 后，系统自动检查、生成网页和 PDF 并上线。任何一项检查不通过，都不会上线。

上线要等多久。 只查这次改到的书，而且只重做改过的部分：改一节文字，这本书的检查一般几分钟到十几分钟，整次上线约半小时； 只改数字工厂、零件库的页面，不触发教材检查。改了构建工具、实验工具包或部署流程，九本书都要重查，第一次可能要一个半小时以上。 每周一 15:17（北京时间）的定时运行不用缓存，九本书从头全量检查一遍；想马上全量检查，在 GitHub 的 Actions 里对“Build and deploy”点“Run workflow”。 每次检查的各阶段用时，在那次运行的摘要（Annotations）里能看到。

《机械制造技术》

第五本自编教材，77 章，讲铸造、锻造与冲压、焊接、注塑与复合材料、增材制造、切削与机床、数控与 CAM、机械加工工艺（工艺文件、定位与夹具、尺寸链、加工精度、工艺规程、现场问题）、典型零件的加工工艺（轴、套、箱体、盘盖、叉架、齿轮等，每章一个完整项目）、装配、计量与质量、制造系统。2026-10-02 按 Eddie 对样章的意见重排了机械加工工艺部分（见《实施细则 · 第 13 轮》第七节），原样章第 50 章暂时下架，作为新第 56、57 章的底稿；新的第 50–58 章按顺序逐章上线：第 50 章“工艺过程与工艺文件”已上线（状态“AI 审稿”，等 Eddie 初审），书中的过程卡、工序卡、检验卡、刀具卡就是数字工厂里正在使用的那一份，可在数字工厂里打开全套卡片、下载 PDF 或 Word；配实验 50.5（工序卡上的切削用量与工时）和工程任务单 TS-50-1。第 51 章“定位原理与定位误差”已上线（状态“AI 审稿”），配实验 51.7（定位误差：V 形块、心轴、一面两销）和工程任务单 TS-51-1（SH-301 铣键槽的定位方案论证）；书中的定位误差都由数字工厂的计算库算出，学生在工序 50 里登记定位方案后，AI 预检会自动核算定位误差。第 52 章“机床夹具设计”已上线（状态“AI 审稿”），以键槽铣夹具 JJ-301-50 为主线，配实验 52.3（夹紧力与切削力的平衡）、实验 52.9（V 形块刚度，浏览器里的有限元）和工程任务单 TS-52-1（设计这套夹具并提交评审）；夹具的设计数据在数字工厂里，AI 预检会核算夹紧力够不够、夹具精度预算是否满足。第 53 章“工艺尺寸链”已上线（状态“AI 审稿”），讲极值法、概率法（含偏态分布）、基准不重合的换算与假废品、中间工序尺寸、热处理与镀层、工艺尺寸跟踪图和蒙特卡罗模拟，配实验 53.3（尺寸链求解器）、实验 53.7（SH-301 轴向跟踪图）和工程任务单 TS-53-1；SH-301 的轴向跟踪图写进了工艺规程，AI 预检会核算图纸轴向尺寸能否保证、每次精车余量够不够。同时改正了第 50 章 50.4 节键槽深度方向的一句错话（磨削后 d − t₁ 偏小，槽是变深而不是变浅）。第 54 章“机械加工精度”已上线（状态“AI 审稿”），讲加工精度与误差敏感方向、原理误差与调整误差、机床误差（主轴、导轨、尾座偏移与锥度、传动链）、受力变形与误差复映、热变形、刀具磨损与残余应力、测量误差、统计分析（分布图、控制图、工序能力），以及从误差的形态推断误差来源；书中的数据来自数字工厂仿真车间的误差模型，配实验 54.3（机床几何误差与工件形状）、54.4（受力变形与误差复映）、54.7（均值–极差图与判异）、54.8（误差诊断）和工程任务单 TS-54-1（老师注入隐藏的加工问题，学生在数字工厂里写质量异常单 8D、选措施、用数据验证）；SH-301 工序 60 的精度预算写进了工艺规程，AI 预检会复核。第 55 章“机械加工表面质量与表面完整性”已写成（状态“AI 审稿”，等 Eddie 初审），讲表面质量与表面完整性、粗糙度参数、车削残留面积与积屑瘤、磨削的当量磨削厚度与光磨、加工硬化、残余应力（三种成因、X 射线 sin²ψ 法）、磨削温度与烧伤（Jaeger 移动热源、Hollomon–Jaffe 回火软化温度、烧伤边界、检验方法）、表面完整性对疲劳的影响（FKM 的粗糙度系数与残余应力修正）、滚压与喷丸；主线是 SH-101 齿轮轴因精磨烧伤而台架早期开裂。书中的数字来自数字工厂新加的表面质量计算库（factory/digital/hub/surface.py），配 Manim 动画 3 个、三维动画 3 个（修整周期里逐件升温出现烧伤带、滚压轴肩圆角、喷丸覆盖率），实验 55.2（三维的车削表面形貌）、55.5（磨削温度与烧伤边界）、55.6（表面状态与疲劳寿命）和工程任务单 TS-55-1（定轴承位的表面完整性要求与磨削参数，改工艺规程并 AI 预检）；SH-301 工序 60 的磨削参数写进了工艺规程，AI 预检会核算烧伤和精磨后的粗糙度。第 56 章“机械加工工艺规程设计（上）：零件分析与工艺路线”已写成（状态“AI 审稿”，等 Eddie 初审），以 SH-101 输入齿轮轴（20CrMnTi 渗碳淬火）为主线、SH-301 作对照，讲工艺规程的设计步骤与生产类型、零件图的工艺审查（审查意见单）、毛坯的选择（棒料与模锻件、临界年产量）、精基准和粗基准的选择、经济精度与加工方案链、加工阶段、工序集中与分散（节拍与瓶颈）、工序顺序（热处理、检验与辅助工序）、路线方案的比较论证（临界批量）；配 Manim 动画 2 个、三维动画 4 个，实验 56.4（三维：选精基准）、56.6（加工方案链）、56.10（路线方案比较）和工程任务单 TS-56-1（SH-101 扩产到大批，拟定并论证路线，在数字工厂提交工艺规程并 AI 预检）。数字工厂的工艺规程页现在可以选零件 SH-101：页面列出零件图要求，学生自己拟定路线；AI 预检加了“路线”规则。第 57 章“机械加工工艺规程设计（下）：工序设计与工艺文件”已写成（状态“AI 审稿”，等 Eddie 初审），接着把 SH-101 的路线做成全套工艺规程（factory/digital/std/SH-101_process.yaml）：加工余量（分析计算法）、工序尺寸（基准重合由最后一道往前推；基准不重合用跟踪图和尺寸链，键槽深计入淬火变形的同轴度环）、机床与工装、切削用量（功率、让刀、粗糙度、刀具寿命的可行域）、时间定额与产能（年产 2 万件时外圆磨床是瓶颈）、技术经济分析（加磨床与硬车的比较）、全套工艺卡片、评审、首件试切与发布、CAPP 与 AI 工艺评审员；配 Manim 动画 3 个、三维动画 3 个，实验 57.2（工序尺寸推算）、57.5（切削用量的可行域）、57.7（技术经济分析）和工程任务单 TS-57-1（SH-101 年产 2 万件的全套工艺规程，在数字工厂提交、生成卡片、AI 预检、老师批准发布）。书里的卡片和数字工厂生成的卡片出自同一份数据；AI 预检加了“工序设计”（入体标注）和“工时”（工步时间、瓶颈与需求节拍）规则。

2026-10-04 起按 Eddie 的意见给第 50–53 章补图（见《实施细则 · 第 13 轮》第八节），先补完第 52 章：插图从 8 幅增加到 54 幅，动画从 2 个增加到 8 个。新插图大多是数字工厂三维模型渲染的技术插图（着色加轮廓线，可以剖开、爆炸、标零件序号和受力），JJ-301-50 的夹具总图、V 形块和对刀块的零件图按国标画出，和三维模型出自同一份数据；三维动画演示装夹全过程、回转钻模分度、翻转钻模、零点定位换托盘、用检验棒找正夹具。夹具数据改了，图、计算和工程图重新构建后一起变。接着补完第 51、53、50 章：第 51 章插图增加到 25 幅、动画 5 个（机器人上下料、六点定位逐步演示、两圆柱销与菱形销、V 形块定位误差）；第 53 章插图增加到 12 幅、动画 3 个（磨后键槽变深、轴向 12 刀逐刀演示）；第 50 章插图增加到 16 幅、动画 2 个，SH-301 的零件图和毛坯图按国标画出，动画演示一根轴走过全部工序。每章补完都做了独立审稿，审稿专门核对图与文字、数据是否一致，力和运动的方向是否画对。第 50–53 章每章另有两个三维实验页（实验 50.2、50.7、51.3、51.5、52.1、52.6、53.1、53.2）：模型取自零件库新设的 E 部分“工装夹具”（夹具元件、夹具总成、SH-301 各工序状态），在网页里可以转动、拆开、剖开、按作用突出显示零件，系统自动检查任务；书中插图、数字工厂和零件库用的是同一份模型。书中的数字工厂界面截图（第 50–53 章各两幅：工艺规程与 AI 评审页、AI 评审员对“故意改坏”的工艺规程的意见、任务单的学生页和老师审阅页）由 textbook/tools/factory_shots.py 自动截取：程序在本机起一套教学用数字工厂、灌测试数据（参照工艺规程和任务单要求改坏的变体），以“教师”“学生甲”两个测试账号打开页面截图，存在 textbook/mfgtech/shots/，清单里记着每幅图的页面和数据来源；界面改了，维护者运行 python3 textbook/tools/factory_shots.py mfgtech（本机要有 PostgreSQL）再重新构建即可。

《机械设计》

52 章，导论加九篇：设计方法与工程表达，强度、刚度与失效，机构分析与设计，连接与弹性元件，机械传动，轴系、支承与运动部件，现代设计方法与数字化，机器人与智能装备的机械设计，综合设计。参考国外高水平教材（Shigley、Norton、Juvinall、Niemann 等），每章末列出参考文献；书中的标准数据（公差、键、轴承、疲劳系数）由程序从数字化标准表读取，材料性能直接读数字工厂材料库。

先上线的是样章第 33 章“轴”：全章以数字工厂 WQR-105 减速器的输出轴 SH-301 为例，按工程师的顺序走一遍——选材、结构设计（找出现行 A 版的四个问题、给出 B 版）、扭转初估、弯扭合成、疲劳校核（台阶的应力集中系数用有限元自己算）、刚度、临界转速，最后用整根轴的有限元（Gmsh + CalculiX）和跑合试验台的实测转矩记录算疲劳寿命，得出“改用 40Cr 调质”的设计决定。9 个程序、4 个动画、3 个虚拟实验（轴的结构、疲劳安全系数、临界转速）和工程任务单 TS-33-1（SH-301 改版，8 学时）。章名旁的状态为“AI 审稿”，等 Eddie 初审。

2026-10-03 按 Eddie 初审意见修订第 33 章，新增三节：33.9“在数字工厂完成一根轴的设计”（零件库选件 → 在线设计台或 build123d 建模 → 仿真与分析算强度、刚度、固有频率、疲劳寿命 → 评审发布 → 制造检验，配数字工厂实验 12）；33.10“协作机器人关节空心轴”（载荷来自 UR5e 的运动规划，谐波减速器按零件库数据核对，尺寸由扭转刚度定，钢与铝比较）；33.11“工业平缝机上轴”（曲柄连杆惯性力、随轴转动的力产生平均应力、无限寿命、临界转速与有限元固有频率、提速评估）。新增任务单 TS-33-2、TS-33-3（各 4 学时），老师可以三选一或分组各做一份。

2026-10-04 起按章顺序写正文，已写出：第 1 章“机械设计是什么：工程师怎样工作”（设计过程与评审、约束、安全系数与可靠度、标准与零件库、数字主线；虚拟实验 1.5“安全系数与可靠度”，任务单 TS-1-1，2 学时）；第 2 章“设计过程与方法”（质量屋、功能分解与形态矩阵、TRIZ、普氏矩阵与加权评分及权重敏感性、V 模型与阶段门、优先数系与参数化产品族、AI 辅助设计；虚拟实验 2.6“产品族选型”——与数字工厂参数配置器同一套算式，任务单 TS-2-1“Go2 四足机器人自动充电桩的对接机构方案”，小组 4 学时）。第 3 章“工程图样与三维建模”（三视图、剖视与断面、按功能注尺寸、零件图与装配图、规定画法、草图约束与设计意图、用 build123d 代码建模、三维标注、物料编码与工程更改；本章的图全部由三维模型投影和剖切生成；虚拟实验 3.8“参数化轴承座”，任务单 TS-3-1“用 FreeCAD 画 SH-301 B 版零件图并提交审批”，4 学时）。第 4 章“极限配合、几何公差与表面质量”（互换性与分组装配、标准公差与基本偏差、配合与轴承配合、温度对配合的影响、几何公差与最小区域评定、基准体系、公差原则与最大实体要求、表面粗糙度、尺寸链的极值法、统计法、蒙特卡洛法与调整垫片、测量不确定度与合格判定、过程能力；磨削尺寸和检验数据直接取数字工厂的加工误差模型；虚拟实验 4.8“轴向尺寸链的蒙特卡洛分析”，任务单 TS-4-1“读三坐标数据，判定一批 SH-301 并处置不合格品”，4 学时，在班级工厂里完成）。第 5 章“工程材料与选材”（力学性能、钢与铸铁、热处理与渗碳计算、有色金属、工程塑料与复合材料（层合理论）、增材制造、性能指数与阿什比选材图、牌号对照；材料数据取数字工厂材料库；虚拟实验 5.7“机械臂小臂的轻量化选材”，任务单 TS-5-1“为 WQR-105 第二级齿轮选材料和热处理”，4 学时）。第 6 章“制造工艺与面向制造和装配的设计”（铸造的热节、切削加工与经济精度、钣金展开、注塑冷却时间与模具费、增材制造、DFM 规则检查、布思罗伊德–迪赫斯特 DFA 分析、按批量估算成本；SH-301 的工序成本直接调用数字工厂的标准成本；虚拟实验 6.8“同一个支架的三种做法：成本与工期”，任务单 TS-6-1“按 DFA 重新设计机器人关节后端盖组件”，4 学时）。六章已通过初审（2026-10-05），英文版已出（美式拼写），阅读页可切换中英文。第 7 章“载荷与受力分析”（受力图与平衡、四类载荷、使用系数、雨流计数与载荷谱、摩擦与自锁、力流；载荷数据取自数字工厂的跑合试验台记录和数字孪生三类客户现场一年的运行摘要；虚拟实验 7.4“读转矩记录”，任务单 TS-7-1“用现场运行数据确定一台 WQR-105 的设计载荷”，4 学时）。第 8 章“应力与应变”（胡克定律与应变片、拉压剪切挤压、扭转、弯曲与截面效率、组合变形与当量应力、莫尔圆与应变花、厚壁圆筒与过盈配合、曲梁、赫兹接触、温度应力；例子贯穿协作机器人关节的力矩传感器和 WQR-105 的键、输出轴、过盈配合、齿面；动画 8.6.1“转动单元体，莫尔圆同步画出”，虚拟实验 8.9“两个曲面接触的赫兹应力”，任务单 TS-8-1“为协作机器人肩关节设计应变片测力矩的方案”，4 学时）。第 9 章“变形、刚度与稳定性”（挠度的积分法与叠加法、卡氏定理、超静定与装配误差、刚度的串联与并联、压杆稳定、薄壁局部屈曲；主线是机械臂末端在负载下下垂多少、由哪一环决定——连杆、减速器、输出轴、底座轴承的刚度合成，数据取零件库；动画 9.4.1“串联与并联刚度”，虚拟实验 9.4“机械臂末端在负载下的下垂”（生活场景伸缩自拍杆），任务单 TS-9-1“为协作机器人做末端刚度预算”，4 学时）。第 10 章“静强度与断裂”（失效形式、特雷斯卡与冯·米塞斯、库仑–莫尔、应力集中与网格收敛、断裂力学入门与有限元求 K、分项安全系数、用现场数据算失效概率；全章以有限元为主线，程序直接调用数字工厂“仿真与分析”和“多体动力学”的同一套程序，读者可在网页上打开 WQ-CR5 大臂等示例零件复算；动画 10.4.1“带孔板的应力流线与应力集中”，虚拟实验 10.2“同一个点按三种强度理论校核”，任务单 TS-10-1“WQ-CR5 大臂的静强度评审”，4 学时）。第 11 章“疲劳强度”（疲劳现象与断口、S–N 曲线与材料库的疲劳参数、表面尺寸与缺口敏感系数、平均应力修正与海格图、非比例加载与临界平面法、雨流计数与迈因纳累积、应变–寿命法与诺伊伯法则、帕里斯公式与门槛值、FKM 局部应力法与焊接接头、一步一步拆开数字工厂的疲劳程序；主线是 WQ-CR5 跑机器人厂标准动作时大臂的寿命，载荷取“多体动力学”、应力取“仿真与分析”、损伤用数字工厂的 pyLife 疲劳程序，并指出网页现在的做法在弯矩方向变化时偏危险；动画 11.6.1“雨流计数”，虚拟实验 11.6“载荷谱、平均应力修正与迈因纳累积”（生活场景反复弯折回形针），任务单 TS-11-1“WQ-CR5 快速版大臂的疲劳寿命评审”，4 学时）。第 7–11 章状态“AI 审稿”，等初审。

零件库链接：正文里的标准件（如“深沟球轴承 6207”）是蓝色链接，右上角小字“零件库 编号”，点开就是问渠零件库里这个零件的页面（尺寸表、标准、三维模型）。作者写法：[[零件:A-BRG-DG/6207]]（编号/规格，规格可省；英文版写 [[part:A-BRG-DG/6207]]），构建时核对编号和规格在零件库里存在。

《数字集成电路设计》

微电子方向的第一本教材，提纲三篇 12 章加附录（docs/教材/数字集成电路设计/00_提纲.md），全书用开源工艺 SKY130。已上线八章：第 1 章“CMOS 反相器”（初审已过，有英文版）、第 2 章“组合逻辑门”、第 3 章“时序元件”、第 4 章“互连线”、第 5 章“功耗与低功耗设计”、第 6 章“算术电路”、第 7 章“存储器”和第 8 章“时钟与时序分析”。其余各章按顺序逐章上线。

一个模型贯穿全书。 书中所有数字都由程序算出，器件模型只有一份（textbook/dic/conventions/mos.py，浏览器实验用的 labs/micro/kit/models/mos.js 与它逐项比对）。模型参数用 ngspice 仿真 SKY130 校准；门的逻辑努力和寄生延时、导线的电阻电容也由程序从仿真和工艺文件得出，记在 labs/micro/kit/models/params.json。每章都有“模型在哪里失效”一小节，把手算与仿真的差别讲清楚。

实验。 每章的浏览器实验在章末实验页里，手机和电脑都能做，任务由系统自动判定，每个实验有指导书和报告模板（Word，中英文）。第 1 章 5 个、第 2 章 2 个（门的尺寸、地址译码器）、第 3 章 2 个（时序预算、同步器的平均故障间隔）、第 4 章 3 个（RC 线、长线与中继器、串扰）、第 5 章 2 个（巡检机器人的续航、电源门控）、第 6 章 2 个（加法器结构比较、Booth 编码）、第 7 章 2 个（存储阵列的划分、SRAM 单元的蝴蝶曲线）、第 8 章 2 个（时序分析器、时钟树）。需要 Magic、KLayout 等工具的版图实验在问渠微电子实验镜像里做（见《微电子虚拟实验使用说明》）。

参数变了怎么办（给编写者）。 改了 params.json 或模型以后：运行 node labs/micro/tools/build.js（会自动重新生成教材实验 textbook/dic/chNN/lab/labN_M.js，实验主体在 labs/micro/textbook/labN_M.body.js，生成的文件不要手改），再运行各章 anim/_sync.py 更新动画里的数值，最后 python3 textbook/tools/build.py dic --labs 检查。门、触发器和导线参数的重新提取：calib/calib_gates.py、calib/calib_ff.py（约 5 分钟）、calib/calib_power.py（功耗参数，约 15 秒；这三个需 ngspice 和 SKY130 模型）、calib/wires.py（需 open_pdks 的 sky130A.tech）、calib/arith.py（第 6 章算术电路的综合，需 Yosys、Icarus Verilog 与 SKY130 标准单元库 sky130_fd_sc_hd 的 tt 库文件，环境变量 SKY130_HD_LIB 指向它；本地没有 PDK 时可用 calib/lib_from_json.py 从单元库源仓库拼一个）、calib/calib_sram.py（第 7 章 SRAM 单元，ngspice + SKY130），六者在镜像验收里会自动复核。