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生產替代方案

無論使用上一節中描述的哪些技術組合，生產功能仍然需要一些確定的裝置和資源。這包括用於加工和材料加工的裝置、原材料和庫存的投入、容納所有東西的土地和建築物，以及執行它的電力。生產功能還需要人力、機器人、計算機、網路、軟體和設計檔案，以控制和執行它。以下部分將按子功能列出這些任務的備選設計方案，然後嘗試將技術應用於它們。

F.2.1.1.1 提供生產能力

對於整個生產功能，有一些通用的選項需要考慮

• 在多大程度上依賴於最初的外部供應來獲得電力和水等資源，如果這些資源以後主要由內部提供。
• 各種初始生產要素的規模及其增長路徑：現有單元的擴充套件、複製或更大單元。
• 施工順序，以最佳方式實現自生產和增長的目標。這包括使用臨時或之前階段的位置。
• 資金來源、出售生產、居住和運輸以及擴大生產本身之間的平衡。

正在開發的輸入/輸出模型提供了函式及其之間流動的快照。為了開發時間序列，我們將嘗試在模型中使用多個版本或工作表，或者應用施工和製造計劃方法。我們不會僅僅衡量成本和進度結果，而是會嘗試將所有評估標準包含在內。然後，評估分數將隨時間變化（希望會增加），並且我們對“良好”的總體度量可以看作是得分與時間曲線下的總面積，假設時間間隔總固定。

F.2.1.1.1.1 控制位置

這提供了對位置級別所有運營任務的控制，包括居住和運輸，以及進出該位置的外部流量。按需分別提供對單個生產、居住和運輸元素的本地控制。它包括生成人類、自動化或軟體命令，無論是本地還是遠端，顯示、觀察、資料收集和測量。它還包括未來規劃、即時控制和回顧性分析。任務包括

• 控制外部流量 - 該任務是在位置級別管理輸入和輸出流量。較低級別的函式可能，例如，提取電力或消耗資料頻寬，但此函式確保有足夠的總容量可用並支付了費用。輸入和輸出可以分為來自程式的外部、其他程式階段、其他環境範圍以及溫帶範圍內的其他位置。

• 位置控制生產 - 該任務根據當前計劃和狀態向單個生產要素髮布生產指令。單個要素，例如自動機床，將根據需要具有自己的本地控制軟體。

• 位置控制居住 - 該任務根據需要向居住要素髮送命令。例如，它可能會開啟街道照明或景觀澆水。私人生活空間通常由居民直接控制。

• 位置控制運輸 - 該任務根據需要向內部和外部運輸要素髮送命令。移動車輛通常具有內部感測器和控制裝置，但此任務將發出更高級別的目的地命令。車輛可能會使用直接人工操作、遠端人工操作和自動自主操作的混合方式。

• 位置規劃和排程 - 根據程式和專案目標、居民請求、外部訂單、狀態反饋和其他輸入，維護位置運營、維護和增長計劃。

• 位置分析 - 測量以前的位置績效是否符合目標和計劃。向整體程式生成進度報告，並輸出到“開發技術”階段以進行持續升級。

運營和維護場景

控制位置功能使用人類來做出決策併發出命令，以及自動硬體和軟體來提供資料並響應人類輸入，並在沒有人類輸入的情況下執行某些任務。由於該位置將擁有全職居民，並且可能持續生產，因此控制功能需要始終執行，如果本地沒有足夠的人工操作員，則可能會提供外部人工支援。應計劃對控制功能進行定期和非定期維護，並使用備用系統，無論是內建、行動式還是遠端的。

設計選項

我們預計在位置建設開始時不會完全設計控制功能。一些現有的軟體和硬體將從技術開發階段繼承，並且隨著位置的增長，開發將繼續，既來自反饋，也來自先前計劃的程式目標。最初可以使用手動操作裝置，但應包含新增計算機控制和機器人的規定。即使最終設計是手動操作的，也可以從一開始就使用監控軟體和設計檔案。從設計檔案中新增直接製造是後來的目標。人類的技能和任務必須在設計中得到考慮，以便獲得實際人員可以完成的一組合理的工作。

我們假設整個控制系統硬體將基於現代計算機和網路。這項技術發展迅速，預計會繼續改進。它還擁有大量的研發資金，因此試圖在這個專案中改進它將產生微不足道的影響。由於設計最初不會完成，並且位置會不斷增長，因此設計應提供大量的增長和靈活性。例如，安裝的任何光纖電纜都應便於新增和更換。對於軟體方面，我們預計將使用商業軟體、開源軟體和定製設計的混合體。我們應該嘗試使資料格式獨立於軟體，以保留更改或升級的選項，並允許在使用不同工具的參與者之間進行傳輸。單個機器的本地控制軟體和遠端操作更有可能被定製，而一般網路操作和規劃軟體更有可能被標準化。我們不會指定特定的軟體包，而是將其留待具體需求明朗時再確定。

F.2.1.1.1.2 供電

該功能是向該位置提供所有形式的電力，包括電力、熱力、液壓（透過儲存能量）等。它還包括提供大量剩餘電力作為目標。電力可以按需求類別劃分 - 住宅和控制電力需要比某些可以延遲的工業電力更可靠。它還可以分為固定電源和行動式電源。太陽能和風能等可再生能源需要大量的捕獲區域，這可能與其他用途重疊。可再生能源的關鍵變數是降低資本和維護成本，因為它們不需要燃料供應。電力來源有幾種選擇，一個可能的設計將包含以下一個以上的選項

外部電力

從外部供應電力或天然氣是傳統方法。至少在一開始，在施工期間需要外部來源。如果需求超過內部供應，它們以後可能會繼續需要，並且以後維護連線以提供盈餘。對於靠近發達地區的溫帶位置，外部來源應該很容易獲得，儘管可能對剩餘電力的銷售進行監管。

太陽能熱能

這包括直接加熱需要一般加熱的流程，以及透過熱力發動機發電。

定日鏡 - 定日鏡是用來引導陽光的鏡子，通常是用來集中陽光。它可以是一個單一的碟形鏡，也可以是一個或多個平面鏡或曲面鏡。根據尺寸和功率水平，有多種可能的鏡子排列方式

• 一個指向高架中心目標的單獨轉向定日鏡陣列。這是用於非常大電力供應的首選方案。
• 一個單一的可操縱拋物面或雙曲線天線在加熱目標上方旋轉，使得目標保持固定。轉向透過電纜或液壓控制，以保持指向太陽。在拋物面情況下，要麼次級鏡將陽光反射回下方，要麼淺的偏拋物面環水平聚焦到目標。在雙曲線情況下，鏡子直接聚焦在目標上。配重系統可以保持天線低重心和平衡。
• 菲涅耳陣列是一種相對平坦的鏡面佈局，每個鏡面都指向焦點。這樣就可以使用單個指向機構，該機構由仰角加旋轉組成，以考慮太陽的季節性和每日運動。菲涅耳陣列可以固定在地面支架上，也可以在軌道上水平移動以跟蹤太陽。

對於任何一種佈置，目標都可以直接位於焦點處，也可以由次級鏡指向一個固定點。鏡子下方或附近的車間大樓可以提供一個受保護的工作場所，併為鏡子提供支撐結構，但在某些情況下，露天工作也可能適用。屋頂或側面的入口孔可以使聚光光到達熔爐區域。使用額外的導向鏡，多個定日鏡可以組合它們的燈光，或根據需要重新定向到不同的任務。透過改變焦點處的物體，熔爐可以執行不同的任務。陽光可能會被雲層遮擋，或者需要的溫度高於鏡面系統能夠達到的溫度。對於這些情況，可能需要輔助熱源。太陽能熔爐的一個有趣方面是它們有可能製造更多鏡子的玻璃，從而支援自我擴充套件。

熱能儲存 - 為了獲得熱量，您使用太陽熱聚光器加熱工作流體，並使用散熱器和風機將熱量從工作流體轉移到您的礫石床。為了排出熱量，您反轉風機並從礫石床中吸入冷空氣，以重新加熱工作流體。工作流體（可能是水）也驅動汽輪機/發電機發電。在白天，定日鏡加熱工作流體，其中一部分直接流向發電機發電，一部分用於加熱礫石床。在晚上，您利用儲存的熱量並執行它。礫石大約是您可以想象到的最便宜的儲能裝置。您仍然需要建造一個容器，以及散熱器/風機裝置來輸送熱量，但您談論的是相當傳統的水泥和保溫材料，因此成本應該很低。在更大的尺寸中，您將受益於更低的表面積與體積之比。

低等級熱能儲存也可用於供暖建築，並且可能有機會重複使用儲能裝置。為此，加熱的空氣要麼直接送入建築物，要麼加熱的工作流體被輸送到目的地。

太陽能發電

此選項主要是使用光伏板發電，儘管應該進行搜尋以識別任何可能實用的最新替代方案。光伏通常比熱能轉換的面積效率低，但可以與建築屋頂整合。它也能在漫射光下執行，而太陽能熱能則不能。製造半導體比製造汽輪機要求更高，但如果矽金屬是材料加工的產出，那麼值得探索要麼製造完整的面板，要麼將矽換成其他人的完整面板。

風力渦輪機

大多數地方都存在風，但以傳統建築成本而言，足以收集的風並不多。隨著先進的生產，成本可能會降低到足以在更多溫帶地區有意義。傳統大型風力渦輪機的替代方案是在高聳的結構上安裝較小的機組，以獲取地面以上的高風。另一種選擇是在遠離其他地點的良好位置建造風力渦輪機，出售電力，並在當地購買等量的電力。實際上，這利用了現有的電網傳輸電力，儘管在實踐中可能是不同的電力單元進出。

生物能源

這是種植植物或微生物用於燃燒供暖或燃料來源。它可以與從植物不同部位提供食物或木材並行執行。這裡的一個選擇是利用其他過程產生的CO₂排放，或增強從空氣中捕獲的碳以提高生長速度。生物能源對行動式電力和能源儲存非常有用，用於其他來源無法生產的時期。

其他來源

其他能源不太可能在當地獲得，例如水力發電或化石燃料，或者更難以安裝，例如地熱能源。後者需要大量鑽探。但應該考慮它們。

能源的選擇不能孤立地進行。總量和排程可靠性將取決於該地點的其他部分，並且能源組合可以與其他運營整合。在能源領域，對剩餘熱量的利用稱為聯合發電，但我們正在關注更整合的流程。我們將採取的方法是假設所有可用的能源都被利用，確定它們與該地點其他部分的相互作用，然後最佳化各個數量以滿足需求。

F.2.1.1.1.3 提取材料

這包括挖掘和採礦、水和空氣收集，以及植物的收割，無論是直接在該地點或附近進行，還是使用該地點的裝置。目標是從當地供應或回收的當地或外部來源獲得大部分總材料。滿足總材料需求的替代方案包括為原材料開採擁有土地、使用對其他土地的採礦權，或交付他人生產的散裝材料。擁有土地的數量和地質將根據所選擇的方案而有所不同。

• 挖掘和採礦 - 這套裝置可以與用於場地建設和種植有機物的裝置共享。基本需求是配備液壓附件的動力車，以及用於將開採的材料運輸到使用或加工地點的運輸車或拖車。低功率版本可以使用電能儲存，並有可能使用有線或束縛能量的行動式太陽能收集器，以維持更長時間的執行。高功率版本可以使用柴油-電力或柴油-液壓動力源，使用傳統或生物柴油燃料。核心車輛將屬於運輸功能，而專門的附件將屬於此功能。

• 水收集 - 水的原始來源包括降雨、凝結、流水和地下水，只要不超過自然補給量。可回收水是其他功能的產出。所有水源都輸送到材料加工車間，以清潔到所需水平。

• 空氣收集 - 這可能僅限於用於各種用途的壓縮空氣。將考慮提取CO₂、氧氣、氮氣和其他微量成分，在這種情況下，需要一種收集方法。

• 收割植物 - 這是針對該地點的財產的種植有機物的後續步驟，也是附近地點的唯一任務。它根據尺寸分為木材和其他植物。與挖掘相同的核心車輛被使用，但配備了專門的附件。此功能在收穫的物品被儲存，準備加工時結束。

F.2.1.1.1.4 加工材料

這包括將原材料轉化為成品材料庫存，準備存放、製造零件或消耗。它可以使用化學、機械或熱加工，並作為連續流或在單獨的批次中執行。我們可以根據輸出材料來組織加工，然後識別執行這些過程所需的生產要素，最後將這些過程與生產的其餘部分和整個地點相結合。輸出可能包括以下許多內容：石頭和混凝土、金屬、陶瓷、玻璃、木材、纖維、電子產品、有機和無機化合物、肥料和清潔水。

設計選項

在地球上，我們可以在加工我們自己的原材料或生產成品出售之間做出選擇，並使用這些成品加上初始資金來支付所需的材料。地球是一個分化的星球，因此每個地點都傾向於擁有不同的可用材料。從歷史上看，材料加工也因地點而異，由此產生的產品被運送到需要的地方。一個設計良好的加工流程，與一個地點的其餘活動相結合，可以將經濟學轉變為在當地完成更多工作。

能夠將任何隨機輸入全部轉化為成品材料，對於一個為 75-660 人規模的地點來說可能過於複雜。相反，我們將根據總質量流量、經濟價值或它們對增長的支援程度來考察各個過程。所需的質量首先將從住房和運輸的需求中得出，然後回到生產中。這將確定啟動集的候選人，以及隨著地點發展而新增的候選人。我們還將展望當前專案之後的一些時間，以建設未來的地點。然後，單個材料處理過程需要與彼此、其他生產功能和該地點的其餘部分相結合。將對所有組合集進行評估，以在研究的後期開發總得分。這將需要迭代地進行，因為我們一開始並不知道所有需要的元素。我們可以應用一個貿易樹過程，將許多可能的選項縮減到更易於管理的集合中。

輸出材料

我們首先確定建造和運營該地點所需的材料類別，而不管我們是否會在當地加工它們。稍後，我們將考慮從哪些子集中開始，並在增長過程中納入它們。

• 石頭和混凝土 - 用於此類別的材料庫存可能包括直接用作礫石床的尺寸碎石，如果適合該類建築，則包括較大的碎石和尺寸石，用於過濾床和混凝土細骨料的沙子，以及用於砂漿和混凝土的石灰和水泥。

• 金屬 - 在現代文明中，鐵和鋼佔總金屬使用量的 95%，因此這可能是第一個需要的金屬。品種包括鑄鐵、結構鋼和合金鋼。銅、鋁和黃銅也可能需要大量，以及少量金屬，如用於塗層的鋅，以及用於與鐵合金化的其他元素或特種金屬。

• 陶瓷 - 所需的材料庫存包括用於制磚的粘土和沙子、屋頂瓦、鋪路、家庭用品以及高溫襯裡和容器。碳化物和礦物氧化物用於加工中的切割和研磨。

• 玻璃 - 普通鈉鈣玻璃需要二氧化矽、碳酸鈉以及氧化鈣、鎂和鋁。這些可能來自礦物來源或來自現有的玻璃廢料。特種玻璃需要硼酸或氧化鋇。

• 木材 - 自然狀態下的樹木（綠色）通常尺寸不合適，含水量很高。因此，它們必須鋸切並乾燥至相對於完全乾燥木材重量的 8-19%。對於某些用途，鋸材使用粘合劑重新組裝成更大的均勻塊，省略了有缺陷的部分。不同樹種具有不同的特性。由於樹木的生長速度比該地點的預期建造時間長，因此最初必須透過選擇合適的土地來供應。長期維護和改造可以透過種植來提供。

• 纖維 - 這包括天然纖維（棉花、羊毛等）和合成纖維（玻璃、玄武岩、碳、聚合物）。

• 電子 - 這包括用於電氣和電子裝置的材料，包括電線、絕緣體、電機、發電機、電池、開關、繼電器、變壓器、電阻器、電容器、電感器、燈絲、矽、摻雜劑和其他半導體以及其他材料。

• 有機化合物 - 這包括所有包含碳原子的化學物質，無論其來源如何，並且不屬於其他類別。例如有機聚合物塑膠、潤滑劑和用於零件製造機械的切削液。

• 無機化合物 - 這包括所有不含碳原子的化學物質，並且不屬於其他類別。例如用於淨化水的漂白劑和活性炭。

• 肥料 - 這些材料包括岩石粉塵、石灰、堆肥或處理過的有機物、生物炭和化學肥料。

• 清潔水 - 原水和可回收水都需要根據預期用途清潔到適當的水平。

加工元素

可以列出許多單獨的元素，每個元素都可以執行一個或少數幾個處理步驟。

• 熔爐 - 熔爐是一種產生高溫以處理某些材料的裝置。它們可以使用可燃燃料、電力、太陽能或其他能源加熱。最簡單的早期熔爐用於制磚，將新鮮的磚塊堆疊起來，留出通道新增燃料。因此，生磚既充當熔爐又充當產品。由於堆疊外部的磚塊往往達不到那麼高的溫度，因此可以將堆疊翻轉後進行第二次燒製，這樣第一次燒製時燒製良好的磚塊就在外部，而燒製較差的磚塊現在就在內部。陶器窯也可以透過成型來製作，然後在初始燒製中使其自身硬化。一旦具備制磚和陶器製品的能力，就可以建造更復雜的熔爐。一種特殊的陶器製品是坩堝，它只是一個旨在承受高溫的容器，例如用於金屬鑄造。

還原爐可以將氧化金屬還原為純淨形式。最常見的型別是高爐，其中透過鐵礦石、焦炭和石灰石混合物的空氣衝擊既產生高溫又產生來自一氧化碳的還原環境。這種組合從礦石中的氧化鐵中去除氧氣，生鐵以熔融形式沉入爐底，可以在那裡抽出。更現代的工藝使用CO 和 H₂ 混合物直接還原礦石球團。另一種型別的熔爐被稱為窯，透過簡單地加熱到足夠高的溫度，從石灰石中生成石灰，或從石灰石和頁岩中生成波特蘭水泥。加入沙子和礫石後，這些材料可用於製作砂漿或混凝土。

鑄造廠和熱軋廠 - 鑄造廠創造空心模具，將熔融金屬澆注到模具中，形成鑄件。這些鑄件可以相當複雜，並且接近最終形狀。然後可以在機加工車間對鑄件進行最終尺寸加工。透過新增來自各種來源的合金元素和廢金屬，可以調整熔融金屬的成分。熱軋廠從熔爐中獲取生金屬，並使用軋輥或模具將其塑造成形狀並尺寸化，以建立生坯。當使用動能衝擊來塑造成形熱金屬時，被稱為鍛造。一些金屬合金會根據特定的加熱和冷卻迴圈而硬化或軟化。這可以在加工之前或之後完成。

一個概念是使用鏡子集中太陽光作為通用熔爐。透過更換焦點處的物體，可以煅燒石灰石以生產水泥，熔化金屬以進行鑄造，發電或熱儲存，或熔化玻璃以製造更多鏡子。

整合工藝

• 化學加工 - 上述列出的各個處理元素可以對原材料進行相對簡單的化學變化。為了進行更復雜的轉換，將需要將多個元素連結在一起的化學過程。以下圖表是兩個完整的化學流程的示例，從原材料開始，以純淨金屬結束。它們可能不是我們將在設計中選擇的最終工藝，但說明了整合流程的想法，以及此類工藝是如何由相對簡單的步驟組成的。這些步驟在化學工程中被稱為單元操作，不能進一步分解成更簡單的操作。任何數量的此類單元操作連結在一起構成了一個過程。我們的目標是允許靈活的操作以根據需要生產各種產品。因此，與其像商業工廠中通常那樣永久地連結這些操作，我們更願意將它們視為可以根據需要重新排列的模組。

碳熱還原 - 這是使用碳和熱量將金屬氧化物還原為金屬。生產鐵傳統上是在高爐中作為一個單一的還原過程進行。透過使用更復雜的流程，例如這個流程，您可以生成各種其他金屬。

氫氟酸浸出 - HF 浸出工藝是在 1981 年左右發明的，用於將月球岩石加工成金屬，同時很少使用揮發物或稀有化學物質，因為這些物質在月球上很難找到。它利用氟比氧更具反應性來從金屬中去除氧氣，然後再生繼續所需的酸。酸浸出是金屬從礦石中提取的常見工藝，但據我們所知，像這樣的整合工藝實際上尚未在地球上使用。

F.2.1.1.1.5 製造零件

這將來自加工或儲存的成品材料轉化為準備組裝的成品零件。歷史上，各種生產機器和工藝被用於此功能。我們可以按照前面處理功能中材料的型別對它們進行分類。在選擇使用哪些過程和機器時，我們將嘗試遵循上述過程材料中的設計選項下的相同思路。

石材和混凝土加工

由於它們的質量大，斷裂強度低，這些材料通常直接在其最終位置組裝。一些物品，如石材檯面或臺階，首先要切割和拋光，然後組裝。混凝土製品，如砌塊或鋼筋梁和板，首先要澆注，然後安裝到位。此加工步驟僅包括後一種型別，這些型別不會直接安裝到位。

• 石材加工 - 常規方法包括從採石場中提取石材的鑿擊、鋸切或研磨，然後將石材粗加工成形。精加工和拋光通常涉及研磨劑。現代方法包括水射流或等離子射流，或雷射。

• 混凝土加工 - 常規混凝土涉及將配料（礫石、沙子、波特蘭水泥、水，以及可能的新增劑）混合在一起，將其固化到模具中，通常使用鋼筋，讓其溼固化規定的時間間隔，然後脫模。替代方法包括其他水泥，分散式或條形纖維增強，以及非礦物填充劑，如用於絕緣的聚苯乙烯泡沫。面板可以預組裝有增強，結構聯結器，窗框和公用設施。它們水平澆注，然後用起重機吊裝到位。

主要金屬加工機械

為了製作金屬零件，可以從機器車間的庫存中列出常規裝置清單。這些裝置分為主要的車間機械和其他車間裝置。現代的選擇是用途更廣的多軸機床，它們可以完成比切割金屬更多的任務。

傳統機床車間

以下專案基於 2002 年左右一家提供全方位服務的機床車間的裝置清單。

鏜床（臥式） - 例如 DeVlieg 43K 48" X 72" N.C. - 它有一個大的床身，可以沿 X 方向移動，以及一個可以沿 Y 和 Z 方向移動的主軸，並設計用於在 Y 軸上鏜孔。主軸包括一根長水平杆，可以用於鏜深孔。床身可以沿 Y 軸進行橫向移動，並可配備旋轉工作臺作為補充。在某些情況下，床身先沿 Y 軸移動，然後再沿 X 軸移動（移動順序取決於哪個滑動導軌位於底部）。不同的型號在每個軸可提供的移動量上有所不同。更大的 Y 軸移動量允許與主軸一起鏜更長的孔，而更長的 X 軸允許在更大的工件或多個工件上同時鑽更淺的孔。工作臺型別有一個抬高的床身，而落地式型別將床身安裝在地板水平線上。

龍門銑床 - 例如 Nicolas Correa 龍門銑床 FP 50 - 它有一個沿 X 方向移動的長工作臺，以及兩個支撐 W 軸（Z 向運動）橫樑的立柱。橫樑允許主軸頭在 Y 軸上橫向移動，而銑頭可以在 Z 軸（垂直滑板）上移動。W 向運動是 Z 向運動的 1-3 倍，允許工件高度變化。Z 向運動允許在工件內進行銑削深度。透過翻轉工件，可以獲得兩倍的總銑削深度。銑頭可以安裝在只有一個垂直主軸上，也可以安裝在多種多軸運動上，以實現更大的靈活性。

立式加工中心 - 例如 Cincinnati 5V-1000 - 它的基本版本過去被稱為銑床。它在底座或工作臺上具有兩個或三個軸向運動，分別是 X、Y 和可能的 Z，而主軸具有 Z（垂直）向運動。透過新增旋轉和傾斜夾具，可以實現工件的更多軸向運動。

臥式加工中心 - 例如 Haas EC-1600 HMC - 工作臺沿 X 和 Y 軸移動，主軸水平安裝並沿 Z 方向移動。如果包含索引盤，則會繞垂直軸旋轉工件以訪問不同的側面。HMC 與鏜床類似，但沒有主軸的水平移動。

磨床 - 例如 TOS Hostivar BU 28 - 磨床使用高速旋轉的硬磨料砂輪，並且可以以非常小的增量移動。它們通常用於精加工，以降低表面粗糙度或透過去除少量材料來調整尺寸，或者用於磨削其他工具。磨料砂輪反過來又會被修整，即去除粘附的材料並恢復其適當形狀，使用金剛石或其他極硬的工具。金剛石或其他極硬的工具是開採或製造的。平面磨床沿 X 和 Y 軸移動工作臺，而砂輪可以以小增量下降。假設工作臺運動是平面的，這將產生一個平坦的表面。圓柱磨床在 X 軸上的中心之間旋轉工件，磨輪也旋轉並沿平行軸移動。在 X 軸移動的同時，可以在 Y 軸上進行微調，從而產生一個精確的圓柱體。內徑（ID）磨床用卡盤或面盤固定工件的一端，卡盤或面盤繞 X 軸旋轉。一個小砂輪安裝在平行卡盤上，以便可以磨削孔或管的內表面。萬能磨床設計用於切割銑削和鑽頭所需的複雜形狀，因此可以在兩個或多個軸上以角度進行磨削。

磨床由於與工件之間的快速摩擦會產生高溫。這會損壞砂輪和工件，因此通常將冷卻液的應用方法作為裝置的一部分。由於磨床一次可以去除少至 1/4 微米的材料，因此需要一種精確測量工件尺寸的方法，以便知道何時達到正確的尺寸。

車床 - 例如 LeBlonde 25/50 - 車床通常沿 X 軸旋轉工件，而切削工具沿幾個平行、垂直或成角度的軸移動。工件安裝在一個稱為主軸箱的一端的卡盤、卡盤或對中裝置上，以及一個在另一端（稱為尾座）上需要移動支撐或對中裝置。對於一些大型或重型工件，主軸是垂直的（Z），工件放置在一個大型旋轉工作臺上。刀架沿平行於主軸的導軌移動，並且在 Y、Z 和有時相對於這些軸成角度的方向上有二次運動。透過選擇切削工具及其安裝方式，可以進行各種切割。刀架的主要運動可以透過與工件旋轉相連的絲槓控制。因此，它會在每次旋轉時移動固定量。這可以用於切割螺紋等螺旋槽（包括更多絲槓）。旋轉速度和切削深度可以根據所進行的工作進行改變。

車床最簡單的操作是透過簡單地沿平行於主軸的方向移動工具來產生不同直徑的圓柱體。理論上可以切割平面或線性特徵，但這些更適合銑床型別機器。

現代替代方案

麻省理工學院位元與原子中心是一個以大學為基礎的先進製造和測量實驗室。其裝置清單列出了更先進的裝置。一種現代的替代方案是將上述幾種專用機器組合成一個通用的多軸裝置。另一種是增材製造，它使用新增材料而不是切除材料的過程。這種方法有很多亞型。

其他金屬加工裝置

除了上面列出的通用機械之外，還使用各種其他裝置來加工較薄的板材或條材，這些板材或條材在切削工具力的作用下會過度變形，或者在使用通用機械之前將原材料加工到近似尺寸和形狀。

折彎機 - 使用夾具固定金屬板，並利用槓桿或液壓壓力將其彎曲成圍繞成型模具的所需角度。模具通常具有較小的半徑，以防止金屬在銳角處開裂。

剪板機 - 使用槓桿或液壓壓力將金屬板或其他原材料形狀切割成所需的長度。這些通常以直線切割，但無喉式剪板機可以切割曲線。從本質上講，這些是家用和園藝剪刀的工業版本。

鋸 - 帶鋸使用纏繞在大型輪子上的狹窄帶狀齒來將較厚的條材或形狀切割成長度。切割尺寸由輪子之間的距離及其直徑決定。切割速度相對較慢，但可以穿透相當大的形狀。透過將輪子相對於原材料成角度，可以進行角度切割。對於工業規模的工作，通常是鋸頭移動而不是原材料移動，因為鋸頭重量更輕。切斷鋸使用圓形齒輪或磨料砂輪將較小的材料切割成長度。臺鋸使用類似的砂輪，砂輪可以從平坦的檯面下方抬起和傾斜。各種夾具、夾具和導軌固定在臺面上，以引導切割。臺鋸通常用於較軟的金屬或木材，因為較硬金屬中的切削力會導致砂輪變形。

焊接機 - 用於透過熔化接觸點或新增熔融填充金屬將金屬片固定在一起。根據金屬型別和厚度，有多種型別的焊接機。在某些型別中，使用惰性氣體來保護焊縫免受氧化。在其他型別中，電流在金屬的接觸點處流動，並施加壓力來連線熔化的表面。

等離子切割機 - 這種切割機使用電弧在氣流噴嘴中產生高溫等離子體。它可以切割各種材料，厚度可達中等，形狀任意。它精度中等，因此可能需要精加工以進行精確工作。

壓力機 - 這些壓力機使用液壓壓力將工件壓向稱為模具或模具的預製表面。工件通常被加熱，以使金屬變軟更容易成形。如果模具在間隔的支撐物之間施加壓力，它可以用於彎曲。一臺壓力機可以透過更換模具或模具來用於製造各種形狀。傳統的模具和模具是按照固定的形狀製造的。一個選擇是使用可程式設計的版本，這些版本透過螺釘、液壓或可更換的插入件改變形狀。臺式壓力機用於將一塊金屬插入另一塊金屬中稍小的孔中。然後，兩側壓縮金屬的壓力將兩塊金屬固定在一起。對於較大的零件，這需要太大的壓力，因此，內層零件被冷卻，外層零件被加熱，以便它們分別收縮和膨脹。當組裝並允許回到相同的溫度時，零件將透過壓力固定在一起。

物料搬運 - 用於將重型工件從一個地方移動到另一個地方的各種型別裝置。最大的是一個或多個橋式起重機，它們可以基本上構成建築物或其大部分結構的主要結構。兩排重型立柱支撐著平行於建築物長軸的軌道。一座結構橋跨越軌道，起重機可以沿橋的長度移動，並升降重物。叉車和托盤升降機在地板上移動，並使用水平臂抬升物體。它們在可以抬升的高度和臂的支撐方式上有所不同。

座標測量機 - 這些機器設計用於透過在不同位置自動接觸探頭來精確測量物體的尺寸。由於大多數金屬會隨著溫度而膨脹和收縮，因此這需要一個受控溫度區域以進行精確工作。較舊的測量方法包括千分尺和機械量規。使用光的干涉和波長計數可以進行非常精確的測量，儘管這並不常見。

清潔和噴漆 - 加工通常使用冷卻液來防止熱量積聚，原材料用油脂或油來保護以防止生鏽。成品通常噴漆以保護它們。因此，車間將有一個區域用於清潔零件，然後根據需要對其進行噴漆。這些任務可能很髒，有時很危險，因此它們通常與車間地板分開。

木材加工

木材與金屬類似，都是相對堅硬的固體。木材更柔軟，通常可以接受較低的精度，因此可以使用功率較低、結構更簡單的裝置。然而，在初期，與金屬製造共用許多相同的機器可能是有意義的，以避免重複投資。大多數木材在重量上不需要太多加工。如果用作建築材料，只需切割並乾燥至標準尺寸，即可直接進行組裝。本功能將解決更多由木材製成的定製元素。其中規模最大的可能是像膠合桁架結構這樣的專案。

基本的木材加工非常傳統，可以使用廉價的工具完成。替代方案將涉及自動化程度，以及創新的印刷和層壓方法。一些例子包括使用紙張進行 3D 列印（已證明），修改為使用條狀材料，從而減少浪費，或者使用增強型木質環氧樹脂複合材料。

陶瓷製造

傳統陶瓷是人類最古老的技術之一，只需要合適的粘土礦物、簡單的成型裝置和足夠的熱量進行燒製。在重量上，磚塊和瓦片可能是數量最多的，可以從自動化生產中獲益。磚窯本身可以由磚塊或類似材料製成，因此易於自我擴充套件。傳統窯爐的替代方案包括使用太陽能加熱來補充其他能源，以及使用高質量的絕緣材料來減少熱量損失。除了磚塊和瓦片等散裝商品以及家用器皿外，還有技術陶瓷和耐火陶瓷類別。例如，在金屬還原中使用的玻璃碳容器。

玻璃製造

鑑於從流程功能中獲得的原材料玻璃庫存，此任務是將其轉化為成品。大多數玻璃需要做成平板，用於窗戶和太陽能反射鏡。如果尺寸不合適，下一步就是調整尺寸，對於反射鏡來說，還需要塗上反射塗層。可以透過在成型模具上塌陷來建立彎曲部分。替代方案包括使用旋轉模具，使用或不使用錫浴，新增劑沉積，或在錫中新增高居里點磁性粒子，以便可以透過磁場對其進行成型。

玻璃具有很高的化學穩定性，而且透明。因此，它需要做成更復雜的形狀，用於家用商品以及生產中的儲存容器和加工。製作它們的傳統方法包括模塑和吹制，以及將更簡單的部件融合在一起。製作複雜玻璃器皿的替代方法可能包括新增劑沉積。金屬玻璃是一種快速冷卻的金屬型別，呈玻璃態而非晶態，可以用於特定的用途。

纖維與織物製造

傳統的織物生產高度自動化，我們不太可能對其進行改進。專門的增強材料編織可能會很有用，而且自動化縫紉是減少勞力的一個好選擇。傳統的選項（縫紉機）非常便宜，即使是工業級版本。自動化替代方案的複雜任務將是處理布料，以代替人類在普通縫紉中所做的工作。一種可能性是使用臨時粘合劑代替別針。

電氣與電子製造

在重量上，銅線、電機、發電機和蓄電池可能是最常見的電氣/電子產品。其次是矽太陽能電池，如果用於電力生產。製作定製電路板是一個值得探索的選項，因為可以在小規模範圍內完成。定製元件將需要重大的創新，因為電氣/電子產品已經在自動化工廠中進行批次生產。如果沒有獨特廉價的製造方法，從外部購買可能是最好的選擇。

輕工

這包括紙張和印刷、膠水、小型模塑和鑄造，以及微型物品。

其他製造

這包括上述未包含的其他材料型別。目前，還沒有發現任何此類材料，但在設計過程中可能會出現。

F.2.1.1.1.6 儲存庫存

此任務包括為目前未使用的材料、零部件和成品提供儲存空間。它包括為其他生產功能提供臨時儲存空間，以及為居住和運輸提供長期儲存空間。它還包括為其他生產功能提供環境保護和控制（即建築物），以及用於工業任務的土地。這必須包含在某個地方，用於儲存的倉庫空間和用於工廠車間的建築空間在功能上是相似的。與其在多個標題下進行核算，我們將其全部收集在此。按環境條件劃分的儲存型別包括

• 室外儲存 - 這包括散裝礫石和沙子等物品，這些物品不需要太多保護，以及在使用中的車輛的室外停車。帆布可以提供部分天氣保護。
• 避雨儲存 - 這提供了高架地面、排水和屋頂，以防雨和其他水源，並減少陽光造成的熱量和光照損傷。
• 封閉式儲存 - 在上一類別的基礎上，這還包括完整的牆壁，以阻擋風、碎屑和害蟲。
• 空調儲存 - 在上一類別的基礎上，這增加了溫度和溼度控制，以及用於辦公室和防止操作產生的灰塵/蒸汽的隔斷。
• 專業儲存 - 某些物品可能需要特殊的條件以確保安全、清潔，以防止氧化或其他原因。這些將需要根據特定需求單獨建造建築物或定製設計。

儲存容量可以透過負載/面積、物品尺寸和物品重量進行組織，這將決定進出儲存所需的裝置。

設計選項

儲存空間的數量由其他功能的需求決定，再加上一定比例的儲存和維護用品（額外的屋頂和壁板、托盤、額外的貨架元件）、季節性需求以及裝卸區域和庫存移動的空間。傳統的儲存裝置型別包括基於集裝箱的儲存、框架式倉庫式建築以及在不需要空調空間時使用帆布或其他輕型覆蓋物。單個結構可以結合幾種儲存型別，並在隨著需求的變化而隨著時間的推移而發展。儲存任務的自動化程度可以從完全手動到完全自動化。非傳統的替代方案可能包括地下儲存或移動/可堆疊的儲存架，這些儲存架允許在需要之前進行密集的堆放。

F.2.1.1.1.7 組裝元件

這包括將零部件和材料組裝成更高層的元件（零件集合），最終形成完整的元件。它還包括為了維護或修改而對元件進行拆卸。這通常可以是組裝步驟的逆過程，在必要時需要新增一些排水和清潔步驟。組裝可以分為可移動元件（例如生產機器和車輛）和固定元件（例如建築物）。後者可能需要在恢復組裝之前進行臨時的天氣保護和清潔。固定組裝包括放置混凝土和現場焊接。在室內組裝建築模組可以減少天氣延誤並提高自動化程度。

設計選項

組裝可以使用直接人工、遠端控制、機器人或自動化的組合。傳統上，自動化和機器人技術用於大規模生產，在這種生產中，為系統程式設計的工作可以分佈在許多副本上。手動方法保留用於短生產週期（一個或幾個專案）。由於專案目標包括應用先進技術，我們將探索使自動化在更小的地點和生產率下經濟的方法。

• 認識到最終將有多個地點生產這些物品，因此自動化的工作將被分散，儘管在第一個地點本身並不經濟。自動化的一個關鍵部分是自動化生產裝置本身的組裝，以便能夠高效地建造副本。
• 將生產語言納入物品的設計中。CAD 檔案通常描述零件的形狀，這些形狀可以轉換為加工機器的指令。對於更高層的組裝功能，零件的裝配樹需要轉換為機器人和支援工具執行的指令。當機器人功能在當前生產系統的狀態下不可用時，該步驟將作為人類執行的指令輸出。
• 開發更簡便的自動化程式設計方法。這可能包括使用攝像機/儀器服裝來感知人類如何執行任務，將這些感知轉換為自動步驟，然後根據需要編輯這些步驟以確保平穩執行。記錄遠端控制操作或直接移動機器人關節和工具是另一種方法。

模組化組裝區域和工具是處理各種產品的首選方法。例如，一個夾具臺可以有多個位置來固定夾具，以便在組裝物品時使用。我們認識到，由於自動化裝置尚未完全到位，初期階段將以人工操作為主。

F.2.1.1.1.8 有機種植

這包括種植微生物、植物和動物，直到收穫以提供有用的物品。它還包括在正常環境範圍之外儲存物種，可以選擇透過非活性儲存來實現。寵物和觀賞植物屬於個人物品。種植生物產品需要一定土地面積。所需的土地面積將根據生產的產品和土地質量而有很大差異，並且會與居住區域重疊。為了保障糧食安全，並減少成本波動，需要儲存一定數量的食品。對於室外種植，每年都會受到天氣變化的影響，可以透過調整種植計劃或租賃臨時土地來彌補。在早期建設期間，可以使用木材權利代替直接購買森林土地來降低成本。如果土地上有充足的樹木，一些早期的木材可以從建築場地清理中獲得。

設計選項

這裡的替代方案包括：室外傳統作物田，採用各種耕作和其他措施；封閉式溫室；垂直農場；屋頂花園；標準森林；選擇物種和用途的高產林業；室內控制照明種植；以及作為生產者的替代微生物物種。對任何生物進行基因工程都是一種選擇，但我們可能會從外部獲取工程生物，而不是自己設計。牲畜的護理相當專業，可以在人口規模更大時進行，或者完全不進行。我們將認真考慮一個針對更高產量的場地和生物改進計劃。