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設計基線

圖 9.0-1 - 溫帶地區擴充套件階段。

個人工廠系統旨在透過一系列階段（圖 9.0-1）進行擴充套件。每個階段都將能源、零件和原材料作為輸入，並將其用於生產擴充套件元素以新增到該位置，以及所需的輸出。隨著新元素的完成，它們會立即投入使用，併成為下一階段進一步發展的組成部分。該位置的開發實際上是一個連續的過程，但將其分解為離散階段簡化了設計任務，因為每個階段的新專案更少。以下各節透過 (1) 該階段將滿足的一組初始效能目標、(2) 該階段開始時構成該位置的系統元素列表和 (3) 透過新增、修改或移除元素以達到下一階段的階段內的更改集來描述特定階段。總的來說，每個階段的定量輸出能力更大，生產裝置更加多樣化，可以製造更廣泛的輸出，並且自動化和整合程度更高。

輸出目標

總體輸出目標是為不斷增長的人口提供一些物質需求，直到該位置達到最大設計容量。例如，食物是其中一種輸出，我們從第一年為 0.25 個人提供食物開始階段 1A，每年增加 0.25 個人。穩定的增長將需要工廠準備更多土地並生產更多農業裝置。

我們在早期階段開始生產更容易的輸出，在工廠具有更多容量和裝置型別可用的情況下，再新增更難的輸出。因此，隨著新增更難的產品，在滿足的物質需求百分比方面，效能改進將隨著每個階段而變得越來越小。與此同時，隨著每個階段的推移，輸出的數量也在不斷增長。這是因為兩個原因。首先，該裝置被設計成為自己製作副本或更大版本，因此增長率隨著每個階段而複合。其次，隨著整合和自動化程度的提高，生產成本降低，因此更多的人會想要它生產的輸出。

滿足的物質需求的比例以經濟術語衡量，這些術語是從當前（2013 年 1 月）的消費者物價指數 (CPI) 計算得出的。該指數是根據對美國人如何花費他們的錢進行的調查編制的。由於我們的目標是滿足工廠所有者和客戶的需求，因此 CPI 可用作人們想要什麼的替代指標。實際所有者可能想要不同的產品組合，但這只是一個設計起點。該指數可以分為商品和服務，前者是實物材料和能源需求。每個商品專案的第二個數字是商品類別的百分比

商品：佔總消費品（商品佔 100%）的 77.1%

• 食品和藥品 - 16.0%（20.75%）
• 能源（包括燃料） - 9.6%（12.45%）
• 家庭傢俱和用品 3.3%（4.3%）
• 服裝 - 3.5%（4.55%）
• 車輛 - 5.5%（7.15%）
• 娛樂、教育和通訊商品 - 2.8%（3.65%）
• 酒精、菸草、個人護理和雜項 - 2.6%（3.35%）
• 住房（包括維護、保險、除能源以外的公用事業） - 33.8%（43.8%）

服務 (22.9%)

• 醫療保健 - 5.5%
• 運輸服務（租賃、維護、保險、費用、公共交通） - 5.8%
• 娛樂服務 - 3.7%
• 教育和通訊服務 - 6.2%
• 個人服務 - 1.7%

• 總計 - 100.0%

我們沒有嘗試設計我們的工廠來提供服務類別（至少在階段 1 中沒有）。我們假設服務由該位置的居民或外部供應商提供。但是，該工廠可以提供使這些服務成為可能的物質需求。例如，它不會直接提供醫療保健，但它可以提供該服務的建築物和公用事業，從而降低其成本。

系統元素

元素組織

我們在整個專案中使用通用的組織結構，該結構按功能對專案進行分組。使用一致的系統可以更輕鬆地跟蹤跨越各個階段的變化。

元素命名

我們希望有一種一致的方法來命名各種系統元素及其設計。我們的方法包括

• 元素名稱 - 用於識別元素的唯一名稱
• 模型 - 用於識別元素線上性尺寸（%）、功率輸出或其他引數方面的比例的數字
• 型別 - 用於識別執行給定功能的不同設計的字母
• 版本 X - 日期 - 用於識別設計的特定修訂版的數字和日期

示例：太陽爐，型號 10，型別 A，版本 0.1 - 2013 年 3 月 22 日

階段 0：傳統車間

個人工廠專案的第一個階段（1A 或種子工廠）有一套必須在某個地方建造的啟動裝置。我們將假設這是在該位置的傳統車間完成的，並使用購買的工具、裝置、零件和材料。購買的工具和裝置是那些不需要為該專案專門設計的型別。在最終生產啟動套裝之前，我們假設我們需要構建一些原型來測試流程並驗證其效能。因此，車間裝置清單將包括構建原型以及階段 IA“種子工廠”元素的最終版本的必要專案。

隨著原型和 1A 啟動套裝元素的完成，它們可以幫助進一步生產。在它們仍然有用的任何程度上，傳統車間裝置將仍然是後期的階段的一部分。如果在本地製造不切實際，則某些專案可以在外部位置定製建造。

車間規劃

為了幫助支付傳統車間的成本，它應該對外部使用者有吸引力，或者生產有用的產品。可以包含的吸引人的特性包括將其運營為創客空間或企業孵化器。使用者將支付會費以使用裝置，或租用工作空間。為了安全起見，可以提供捲簾門（如自助倉庫）和可移動的帶鎖的工作臺車。工作臺車可以帶著正在進行的工作進出，並帶到不同的工具區域。較大的使用者可能會有集裝箱用於儲存。對於企業孵化器，可以提供單獨的辦公室或外部門，或共享的商戶區域。所有這些都將使用模組化設計，以便佈局可以根據需要進行更改。車間和其他區域的組合將隨著時間的推移而擴充套件。

第一階段 A（種子工廠）

圖 7.0-2 - 第一階段 A 生產流程圖。

第一階段 A 種子工廠在傳統車間的基礎上增加了起步的自動化裝置，開始生產有用的產品，並開始擴充套件過程，最終導致後期的階段（圖 7.0-2）。流程圖顯示了工廠的 8 個主要部分以及它們之間的流動，以及進出外部的流動。該圖是一個 0.3 版本的草案，還沒有顯示所有的流程。如果流程箭頭從框到框連續，則會使圖表過於擁擠。因此，只顯示了末端，併為另一端連線的位置提供了標籤。在流程分叉或合併的地方，單個合併的流程等於各個部分的總和。

效能目標

• 總體目標 - 我們將第一階段 A 的初始產能目標設定為滿足 0.25 人/年的 27% 的物質需求（商品），按經濟價值計算。反過來，物質需求佔所有消費品需求的 77.1%。食品、住房和公用事業是最基本的需求，因此我們將 27% 分成 8% 來自能源、10% 來自食品和 9% 來自住房/傢俱，或分別約佔這些類別需求的 64%、48% 和 19%。除了這些“客戶”產出之外，第一階段 A 的元素還生產下一階段擴充套件階段的零件，用於自身維護的替換物品，以及剩餘產出以支付其無法生產的物品。更詳細地說，我們將目標分解如下

• 能源 - 根據美國消費者價格指數 (CPI) 資料，我們在 12.45% 的物質需求成本中用於能源的部分進行了細分，其中 7.5% 用於燃料，4.95% 用於公用事業。為了實現我們 8% 的物質需求目標，我們應該提供一些燃料和公用事業，或者出售剩餘的燃料和公用事業以支付其他型別的能源。能源需求可以透過全電動汽車和公用事業電力來滿足，或者透過微生物發電的燃料，或者兩者兼而有之。請注意，這些是終端使用者能源量，生產內部電力將另外增加。

• 食品 - 在消費者預算中分配給食品和藥品的 16% 中，CPI 指出

- 穀物和烘焙食品 - 2.4%

- 肉類、魚類和蛋類 - 3.7%

- 乳製品 - 1.6%

- 水果和蔬菜 - 2.4%

- 飲料 - 1.7%

- 食材和其他食品 - 4.2%

因此，為了實現 10% 的物質需求目標（佔消費者預算的 7.7%），我們需要提供這些類別中的一半左右。種植的食品種類將在一定程度上取決於早期容易生產的食品種類和終端使用者的喜好。

• 住房和傢俱 - 該類別佔物質需求的 48.1%，我們希望從中獲得 9%，即佔該類別的 18.7%。根據 NAHB 2011 年的房屋建築平均成本，我們有以下部分組成部分，我們可以從中選擇足夠多的部分來達到 18.7%

- 土方工程、基礎和回填 - 9.3%

- 框架、桁架和護套 - 14.7%

- 屋頂 - 2.9%

- 外牆 - 4.7%

- 石膏板 - 4.4%

- 櫥櫃和檯面 - 5.6%

- 總計 - 41.6%

• 擴充套件 - 下一階段的目標是滿足 1.0 人/年的 47% 的物質需求，是原來的 4 倍。因此，它需要產能大幅提升，並且需要更廣泛的產品範圍。在描述下一階段之前，需要填寫詳細資訊。擴充套件速度取決於剩餘產出與新零件和材料、勞動力以及專案成員的資金的輸入的組合。

• 維護 - 我們將假設設施（建築物和固定土地改良）每年更換 3%，機器和車輛每年更換 5%。像切割刀具這樣的高磨損零件將需要單獨的工作壽命估算。維護包括已建成的最終產品，如住房，因此將隨著成品庫存的增加而增加。

• 盈餘 - 在此階段，我們將假設 100% 的能源和材料輸出超過用於滿足物質需求和維護的量。盈餘用於擴充套件，按需製造定製物品，或出售。銷售收入用於購買工廠無法生產的物品，或支付給所有者。

產出

在設定效能目標後，我們現在將其轉換為更具體的按型別劃分的輸出能力

能源供應產出

我們希望提供 8%/12.45% = 64% 的能源需求，作為整體目標的一部分，即在這個階段提供 27% 的物質需求。那麼問題是將提供哪種型別的能源？對於當地和可持續來源，我們看到三種早期的選擇：太陽能、生物燃料和風能，有可能使用它們的混合物。

• 太陽能聚光器選項 - 能源供應最簡單的選擇是擁有一種型別的發電，並將剩餘的能源出售以支付其他型別的能源。佐治亞電力正在提供以 0.13 美元/千瓦時購買太陽能發電的優惠，因此我們將以此作為費率基準。作為第一個估計，我們將使用 15.6 千瓦/人作為所有用途（不僅僅是住宅）的平均功率需求。這基於 2011 年美國平均水平 10.4 千瓦，向上調整以獲得高生活質量。2009 年美國單戶獨棟住宅的住宅用電量為 1270 瓦/人平均值，我們將其向上調整至 2.0 千瓦。對於每年增加 0.25 人的容量，我們需要 3.9 千瓦的新總功率，我們的目標是提供其中的 64%，即每年增加 2.5 千瓦的功率。對於聚光太陽能，我們在這個位置獲得了平均每天 4 小時的輸出，因此我們需要 15 千瓦的峰值發電量。鑑於太陽能到電能的轉換效率為 25%，那麼我們需要 60 千瓦的峰值太陽能輸入才能實現所有電能輸出，而對於直接熱能使用，只需要 15 千瓦的太陽能輸入。實際需要的太陽能輸入將取決於需要的功率組合。為了尺寸計算，我們將假設最壞的情況，即全部使用電能。

一個單位容量的年價值為 2.5 千瓦平均值 x 8,760 小時 x 0.13 美元/千瓦時 = 2,847 美元/年。現場儲能不太可能滿足所有需求，高能過程的峰值需求很可能超過峰值發電量。因此，我們假設與電網進行“淨計量”連線。這在發電時出售剩餘電力，並在需要時從電網獲取電力，電費單反映了淨使用/銷售量。任何剩餘電力的銷售收入都用於支付其他形式的能源，例如運輸燃料。可以透過輔助電加熱從電網獲取功率來滿足峰值過程需求，這部分功率超過聚光太陽能發電裝置的產出。

為了實現我們的指定目標，在第一階段 A 開始的每一年，都將建造 15 千瓦的峰值電力輸出。由於沒有先前的經驗，並且希望將聚光太陽能用於不同的目的（電力、工業爐），我們採用了 3750 瓦電力/15 千瓦熱能的起步尺寸。因此，第一年需要建造 4 個這種尺寸的裝置。有了經驗，我們可以在第二年名義上建造 2 個 7500 瓦的電力裝置，並在第三年和第四年建造 1 個 15 千瓦的電力裝置。裝置尺寸的實際組合將由我們對它們的需要決定，但後期的增長階段服務的人數更多，產出更高，因此我們計劃裝置尺寸隨著時間的推移而普遍增大。名義裝置尺寸總計 60 千瓦峰值電力，足以在 4 年內滿足 1 人的預期能源需求。一套 8 個不同尺寸的裝置應該能夠滿足不同目標的工業/電力需求多樣性。

能源回收 - 估計聚光太陽能使用 10 公斤玻璃和 20 公斤鋼/平方米。碳和能源清單 中列出的回收玻璃的體現能源為 11.5 兆焦/公斤，回收鋼材的體現能源為 10 兆焦/公斤。因此，每平方米的能量需求為 315 兆焦/平方米。鑑於收集到 800 瓦/平方米，包括鏡面效率 x 平均每天 4 小時的執行時間，我們提供了每天 11.5 兆焦的熱能。因此，熱能回收期為 27.5 天，電能回收期為 110 天。實際的回收時間將取決於所需的電力和熱能組合。

• 太陽能光伏選項 - 光伏 (PV) 在一天中的時間比聚光器更長，因為它在部分多雲的情況下仍然可以工作。在我們種子工廠中製造太陽能電池並不容易，因為我們的第一階段 A 裝置還不具備這個能力。相反，我們假設可以購買並自行安裝太陽能電池板，以產生補充電力。

• 生物燃料選項 - 生物燃料包括燃燒樹木和為其他用途種植的植物的廢物，專門種植樹木或油類產品，以及種植或定製用於燃料產品的藻類和其他微生物。微生物的面積效率最高，但樹木和農作物更容易建立。

• 風能選項 - 各種小型風力渦輪機足夠簡單，可以用早期階段的工廠建造，因此我們將將其作為熱能的補充。佐治亞州亞特蘭大地區地面 80 米以上的風速平均為 5 米/秒。在該條件下，合理設計的風力渦輪機平均可以輸出 80 瓦/平方米。對於平均輸出為 2.5 千瓦的小型裝置，我們需要 3.15 米的葉片半徑。由於這與地面高度相比很小，我們設想使用輕型桁架塔架，用於安裝額外的渦輪機。功率透過驅動纜線傳輸到地面上的發電機組，以最大限度地減少塔架上的重量。發電機旋轉以匹配渦輪機的角度，渦輪機透過尾翼表面與風對齊。功率更高的裝置只是半徑更大而已。剩餘的功率輸送到當地的電網。

• 混合能源選項 - 在第一階段 A 中，這存在設計的缺點，即種子工廠需要生產多種產品，因此更加複雜，但我們將研究這種可能性。對於後期的階段，用於農場改良或化工處理的生物原料來源可能很有吸引力，即使更加複雜。

食品供應產出

• 所需土地面積 - 在良好條件下，高效溫室每年可生產 2700 卡路里/平方米。鑑於人均平均需求量為 2500 卡路里，我們得出滿足 100% 膳食需求所需的面積為 338 平方米/人。我們將此向上取整為 350 平方米。田間作物具有以下每平方米每年的熱量產量：馬鈴薯 = 2275，玉米 = 1850，水稻 = 1825，小麥 = 740，大豆 = 690。取平均值，我們得到 1475 千卡/平方米/年。該值取決於良好的土壤，並具有合適的土壤改良劑，如有機質、化肥、生物炭、石灰和岩石粉塵，以實現最佳植物生長。所需面積為 618 平方米，我們向上取整為 650 平方米。假設一半為溫室，一半為露天田地，我們得出提供 100% 膳食所需的土地需求量為 500 平方米/人。

我們此階段的目標是提供略低於每年 0.25 人的膳食需求的一半，因此所需的種植面積增加量為每年 62.5 平方米，其中 22 平方米為溫室，40.5 平方米為露天田地/花園。這些都是相當小的區域，因此我們將假設獲得的土地更大，並且每年都會準備額外的溫室和田地。因此，我們的 1A 階段種子工廠需要輸出建造該區域所需的材料和裝置，並在之後進行運營。

住房和傢俱產量

我們希望從這些類別中提供 9% 的物質需求，以滿足總體目標。住房和傢俱佔物質需求總量的 48.1%，因此我們希望提供典型建築成本的 18.7%。候選包括屋頂、牆面覆層和石膏板（12%）、挖掘、基礎和回填（9.3%）、框架和櫥櫃（20.3%）以及傢俱（3.3%）。這些總計佔建築成本的 44.9%，因此我們只需要提供其中的一部分。

• 屋頂、牆面覆層和石膏板 - 這些佔總建築成本的 12%。我們可以生產水泥、水泥/纖維複合材料、瓷磚或磚塊，為該類別的 12% 提供約 9%。其餘 3% 假設為難以製造的物品，如墊層、閃光燈和結構連線件。

• 挖掘、基礎和回填 - 我們假設我們可以滿足該類別中 9.3% 建築成本的 7%。其餘 2.3% 將是我們的種子工廠不會生產的專業物品。人均場地工作量估計為 800 立方米，包括挖掘、運輸和回填。對於每年 0.25 人，則需求量為每年 200 立方米。假設一個人 10% 的注意力集中在該任務上，以及天氣允許，我們需要一臺機器每天的產量為 7.4 立方米。對於基礎，我們估計人均 30 立方米混凝土。對於每年 0.25 人，我們需要每年 7.5 立方米。以 400 公斤/立方米的水泥計算，我們需要 3000 公斤水泥和 4500 公斤原材料來生產水泥。我們還需要 15000 公斤骨料。對於約 20 噸原材料的初始總量，我們的挖掘機需要大約 3 天才能提取和運輸材料。我們假設鋼筋是在工廠的這個階段購買的。除了用於混凝土的碎石和沙子之外，我們假設在板下以及用於排水和車道使用了等量的碎石和沙子。這是另外 15 噸，或 10 立方米。

• 框架和櫥櫃 - 這些類別合計佔建築成本的 20.3%，我們假設我們可以從該類別中提供 18% 的成本。其餘部分是難以找到或製造的物品，如特種木材、膠水和緊韌體。我們估計人均 110 立方米成品木材的總需求量。每年 0.25 人需要每年 27.5 立方米。本階段所需的木材數量取決於其他類別滿足總目標的程度。如果滿足 6% 的建築成本，則需要大約 30% 的木材，即每年 8.25 立方米。以木材生產的預期工作量為 10% 計算，我們的生產速度為每天 0.3 立方米。由於原木的產量約為 75%，因此原木的體積需要每天 0.4 立方米。

美國南部平均森林每英畝包含 14.8 立方米（524 立方英尺）軟木和 19.5 立方米（690 立方英尺）硬木木材，淨增長率分別為每年 0.85 和 0.68 立方米（30 和 24 立方英尺）。因此，初始建造需要清理 1.3 公頃（3.2 英畝）。我們使用 0.2 公頃/人用於生產和居住，並且需要 2.15 公頃/人用於持續的木材供應以進行維護。因此，我們最大的土地需求量為 2.15 + 0.2 = 2.35 公頃/人，其中我們清理一小部分，併為初始建造將剩餘部分砍伐約 50%，並將剩餘的樹木和再生樹木留作持續供應。木材儲備量和肥力水平高的土地可以大幅減少這一數字，良好的木材管理實踐也是如此。

• 傢俱 - 我們估計我們可以從木製傢俱中獲得約 3.3% 傢俱類別的 1.5%。家居傢俱通常包含大量其他型別的材料，例如窗簾、地毯和坐墊。

擴充套件輸出

我們不知道向下一階段擴充套件的速率，因為我們事先不知道專案成員的貢獻水平。我們將假設該速率為每月 1500 美元，我們將我們的剩餘產出新增到其中，無論是直接生產的形式，還是以銷售的形式支付新物品。擴充套件輸出的本質是實現每年生產 6 2/3 倍能量、7 倍食物和住房/傢俱的使用者需求，並擁有更廣泛的輸出範圍。

維護輸出

維護可以分為工廠內部可以更換的物品和需要從外部供應的物品。對於必須從外部供應的物品，專案出售其可以製造的物品來支付其無法制造的物品。即使是 0 階段傳統的車間裝置也需要維護。可以檢查這些裝置，以便透過內部生產來更換而不是購買。

剩餘產出

1A 階段的剩餘產出將從該階段開始時的 100% 增長到 1B 階段元素完成時的需求量 + 維護量的 250%。

1A 階段元素列表

以下是支援此階段產出的元素。它們按功能編號列出，其中 1A 代表此第一個專案位置的階段，接下來的數字分別代表生產、運輸和居住。

1A.1.1 控制位置

• 計算機網路 - 我們假設自動化裝置由工廠網路和計算機以及合適的軟體控制。

1A.1.2 供應電力

• 太陽能熔爐 - 為了為工廠供電並滿足個人需求，我們對所需的總功率容量進行了初步估算 =（每年 15 千瓦電力/60 千瓦熱能太陽能熔爐 +（5% 維護 x 累積容量））x（2.0-3.5 剩餘倍增器，基於對 1B 階段的完成情況）x（1.0-7.0 比例倍增器，基於對 1B 階段的完成情況）。因此，1A 階段的終點功率約為 375 千瓦電/1.5 兆瓦熱能，這需要大約 3/8 公頃的集熱器面積。這反過來又需要用於定日鏡的玻璃鏡面和結構部件，以及用於熱能和電力生產的驅動系統和焦目標。如果想要全天候供電，後者可以使用熱巖儲存。這將需要根據其他部分的大小進行反覆修改。

• 風力渦輪機塔架 - 我們安裝了一些高聳的渦輪機，以補充太陽能熔爐。它們將剩餘電力輸送到電網，當需要時，工廠從電網中獲取額外的電力。

1A.1.3 提取材料

• 挖掘 - 我們估計每天 7.4 立方米是滿足最終需求所需的初始挖掘/土方移動能力。我們將此乘以 2.0 作為我們的初始剩餘能力。一臺傳統的 1/2 立方碼挖掘機每天可以完成 200 個“銀行立方碼”（地面上的材料），或 153 立方米。這使用一臺 80 馬力的反剷/裝載機和兩名操作員。線性縮放，我們需要一臺 6 千瓦（8 馬力）的機器，配備 40 升的反剷，以達到我們所需的生產速度。這大約相當於一臺 Bobcat 418 小型挖掘機。反剷臂和裝載機剷鬥是模組化拖拉機的附件。在本階段結束時，我們假設操作員的時間為 40%，而不是 10%，但輸出範圍的增加和剩餘部分的增加導致對三倍大小的裝置的需求，因此我們需要一臺 18 千瓦（24 馬力）的裝置，配備 115 升（1/9 立方米）的剷鬥。

• 伐木 - 砍伐樹木很危險，因為它們包含大量的潛在能量。我們希望用拖拉機附件遠端砍伐樹木，並用堅固的護罩保護拖拉機本身，以防樹木以錯誤的方式倒下。一旦樹木被砍倒並切割，我們使用一個原木架將原木拾起並運出森林。

1A.1.4 加工材料

• 玻璃 - 對於定日鏡，以 10 公斤/平方米 x 75 平方米/年 x 80% 的效率計算，以產生 60 千瓦熱能 = 750 公斤/年。我們假設使用熔化的廢玻璃。太陽能熔爐提供熔化所需的能量，我們需要在通用熔爐中新增熔化和澆鑄硬體。這將包括一個熔化罐、一個鏡面模具和一個退火爐，它們可能是同一個裝置，具體取決於設計。

• 金屬 - 對於聚光器，每年 20 kg/m² x 75 m² = 1500 kg。我們假設使用熔化的金屬廢料，鑄成條狀，然後軋製成結構形狀。

1A.1.6 儲存庫存

• 工業用地 - 我們估計每人需要 500 m² 用於生產和儲存用地，其中 200 用於建築和裝置。因此，對於每年 0.25 人，我們需要開發每年增加 125 m² 的土地和每年 50 m² 的建築。這些將新增到傳統車間在第 0 階段開發的任何工業用地和建築中。實際面積將在之後透過總結各個需求來確定。目前我們假設所有建築都是重型工業封閉式，採用 1 x 1 x 0.2 米的模組化混凝土地板。這每年大約需要 35 噸的材料用於混凝土和礫石基礎以及車道。開挖和排水將取決於地形。

1A.1.8 種植有機物

• 田間工具 - 這些是模組化拖拉機的附件，用於執行典型的作物作業。從傳統農業標準來看，土地面積很小，更像是家庭花園的大小，因此工具也相應地很小。

• 溫室 - 與系統的其他部分一樣，我們將溫室設計成模組化且可擴充套件的。為了耐用性，我們選擇玻璃作為透明材料，可能採用桁架框架支撐。為了冬季使用，我們包括隔熱板和反射器來增強照明。為了夏季使用，我們包括蒸發冷卻器。內部隔斷或室可以控制特定植物的環境，架子可以增加種植面積。某種型別的溫室機器人用於自動化重複性任務。從概念上講，這要麼在溫室長度方向上執行橋式起重機系統，要麼執行獨立的車輛。

1A.2.1 抵禦外部環境

• 土地 - 所有專案用地都包含在這個元素中，儘管它們用於不同的功能，例如種植食物、基礎支撐和運輸道路。在第 1A 階段開始時，我們需要為每人 1.3 公頃的平均林地進行初始建設，並需要 2.15 公頃用於持續的木材生產。土地至少需要伐木權，如果不是完全所有的話。這些是平均值，取決於目前的木材庫存和土壤狀況。在林地中，或者作為獨立的地塊，我們使用 0.2 公頃/人用於生產和居住開發。

1A.3.4 內部運輸供應

• 模組化拖拉機 - 對於內部低速/高扭矩運輸，我們採用模組化農場拖拉機型別的設計，採用通用底盤和電源，以及多個手動和機器人附件。這是整個專案中使用的模組化機器人的一個子集。

控制可選地透過座艙操作員、遠端手動控制單元或本地自動控制系統進行。控制系統可以像其他附件一樣互換，將拖拉機從手動轉換為自動。在這個早期階段，我們致力於製造簡單性，因此我們採用活塞或渦輪蒸汽機來驅動液壓泵。電動驅動可能維護成本更低，但從一開始就在工廠製造銅線和電池就比較複雜，因此我們將此作為未來研究的替代方案。液壓壓力透過液壓馬達和汽缸驅動車輪和附件。我們計劃使用生物來源的液壓油，以確保安全。許多熱源都可以用來產生蒸汽，包括液體燃料、木材或儲存的熱能。散熱器用於冷凝水以迴圈使用。底盤的大小由開挖作業決定，我們假設這是最重的作業。其他任務（伐木、耕作和一般運輸）將使用按底盤尺寸和功率輸出進行縮放的附件。

• 電動替代方案 - 全電動替代方案的設計可能更簡單。我們在此列出模組化機器人組的所有元素，儘管早期階段只有一些元素是必需的。所有元素都設計為由機器人本身或另一個機器人進行交換。

• 電源

- 固定太陽能陣列充電站 - 可更換電池組 - 可以留在充電站並根據需要更換，或者透過將機器人停放在充電站進行充電。- 固定位置操作的直接軌道接觸或插頭

• 各種尺寸的基本底盤，其他物品都安裝在上面
• 室內工廠或戶外使用的輪組
• 乘客使用的座椅和控制裝置組
• 遠端控制和自主使用的攝像頭、發射器和控制單元
• 帶各種末端工具的機器人手臂，存放在工具箱中
• 非移動機器人的底板
• 貨物的托盤/箱子附件
• 貨物拖車安裝座
• 用於物料搬運、穩定器、挖掘機臂等的其它動力附件

第 1B 階段

效能目標

• 總體目標 - 在本階段開始時，我們的目標是透過經濟價值，達到每年 1.0 人的物理需求的 47%。我們希望證明工廠的自擴充套件可以在所有類別中提高效能。因此，我們將能源成分增加到 13%，略有盈餘；將食物增加到 16%，這是除藥物以外的大部分食物；將住所和傢俱從 9% 提高到 18%。後來的工作可能會找到更最佳化的增長路徑。目前我們只希望證明至少有一條有效的路徑。除了滿足更多的物理需求之外，我們還希望生產下一擴充套件階段的物品、維護更換物品，以及在本階段開始時超過內部需求的 250% 的盈餘。

• 住所和傢俱 - 我們將目標提高到 23/37 = 62% 的建築成本。

第 1C 階段

透過經濟價值，達到每年 4 人的物理需求的 61%。

第 1D 階段

透過經濟價值，達到每年 12 人的物理需求的 72%。

第 1E 階段

透過經濟價值，達到每年 32 人的物理需求的 80%。

第 1F 階段

透過經濟價值，達到每年 75 人的物理需求的 85%。