第5章 - 个人生产
第5.0节到5.6节，以及第9.0节中的注释，展示了我们首次将本书前面提出的理念付诸实践的例子。本节（5.0）从个人生产项目的概述开始。后面的章节将更详细地介绍设计流程，展示我们如何发展概念以及如何实施它。
该项目的主要目标是为当地业主运营商社区生产一系列基本产品，例如食品、建筑材料和公用设施。我们称之为个人生产，因为产出主要用于生产者个人使用。我们预计项目成员将从平均技能和资源开始。因此，在发展概念的过程中，一个目标是将其保持在他们能够处理的范围内，将启动工作量降到最低。本书中描述的自扩展系统是一种组织生产的新方法。因此，另一个目标是在物理形式上实际构建项目。这是为了在尝试更大、更复杂的设计之前获得经验和反馈。
我们的总体方法是从小型开始，随着项目获得更多人员以及他们的技能和经验的提升，分阶段扩展项目。工具和设备也从小型开始，使用人们已经拥有的或易于购买的工具和设备。这些会发展到更大的物品，成员开始自己制造一些设备。与项目扩展同步，研发工作将开发计划、说明、培训材料和原型。这些将提供给项目供其使用。
研发工作在项目开始之前就开始了，并制定了扩展阶段的计划，包括可能需要的技能和设备。研发工作还将建造原型新设备，因此将拥有自己的工作空间和工具。这些可以在早期阶段借给新项目。我们事先不知道项目成员将从哪些技能和设备开始，因此早期发展必须灵活。我们假设平均而言，他们将拥有基本的家庭维护技能和工具。对于任何特定的人来说，这可以从两者都没有，到熟练的工人并拥有自己的一套良好的工具。任何存在的差距都将通过培训计划、从研发方面借用的工具、使用社区车间和工具库以及从传统来源购买工具和设备来填补。随着项目的扩展，成员可以逐渐添加更多功能更强大的购买工具和机器。
扩展将导致一组“种子机器”。这些旨在用于制造更多设备，而不是用于个人使用的最终产品。这开始向内部自扩展过渡，而不是购买所有需要的工具。第一批种子机器必须购买，由研发阶段提供，或根据研发设计使用项目中的先前设备建造。后来的机器可以使用内部用早期机器制造的零件。这开始建立一种能力，可以在无需购买所有东西的情况下引导进一步的增长。
成品是项目的主要原因，将从有限范围的爱好和家用物品开始。它们将发展到更广泛的范围和更大的规模，例如主要的房屋改建。早期产品将使用现有的或易于学习的技能。随着人员数量的增加，他们要么会带着额外的技能和经验到来，要么通过培训和实践获得这些技能。然后他们可以尝试更复杂的项目。
最初，个人拥有的工具和机器足够小，可以放在成员家中的现有空间中。随着设备数量的增加，整个项目将需要建造或获取专门的工作空间和运输工具。在更大规模的情况下，成本可能会在合作伙伴关系和合作社之间分摊，并为更昂贵的物品提供资金。最终，产能将超过个人需求，成员可以开始为外部客户提供产品和服务。参与度可以从业余时间的工作增加到兼职或全职的自营职业，补充或取代传统工作。
该项目的第二个目标是在物理上将其作为工作示例实施。这使自扩展系统超越理论和研究，进入实践使用和经验。为此，种子工厂项目已在亚特兰大都会区购买了房产。它既是进行研发的地方，也是该项目早期工作空间。我们打算继续这个例子，既是为了项目成员的利益，也是为了检验我们正在开发的想法。因此，我们在个人生产方面的工作将包括所需的初步研发、启动项目、运行项目以及获取反馈。由于这是一个小型示范项目，因此我们只会使用本书中描述的一些设计概念和流程。相对于项目的规模，应用全套工程任务将需要太多的工作量，并且我们希望在尝试更大规模的项目之前获得早期使用的反馈。
我们的研发工作是开源的，包括本书和相关信息。第一个工作示例必须在某个地方构建，我们选择了亚特兰大。但我们鼓励其他人利用我们的想法，扩展它们，开发他们自己的项目，并回馈到共享的知识库中。知识很容易在世界各地共享，但机器满载的人员和车间则不太容易移动。因此，我们预计那些有兴趣但位于其他地方的人将开发他们自己的本地项目。设计可以自由交换，但出于实际原因，人员和设备的交换频率较低。
我们假设该项目的地点为亚特兰大合并统计区。我们选择此地点有几个原因。首先，种子工厂项目已经在那里购买了房产并开始开发研发站点。在同一地区尝试第一个示范项目也是有意义的。其次，亚特兰大是一个气候温和的大型且发达的大都市，使其成为第一次尝试的理想场所。第三，出于设计目的，我们需要了解当地在发展水平、物理距离、环境和资源参数方面的实际情况。假设第一次尝试成功，它可以在其他类似地点复制。然后，设计可能需要针对当地条件进行一些调整。
- 发展水平
亚特兰大CSA是美国人口第11大此类地区，覆盖乔治亚州西北部的39个县（参见人口普查地图），估计人口为650万，总面积为27,180平方公里。它包括一个密集的城市核心、周围的郊区和人口较少的偏远地区。按许多标准衡量，亚特兰大都高度发达。它被认为是一个全球城市，将一个中等规模的经济区域与世界经济联系起来。2017年的经济活动（以地区生产总值衡量）约为4000亿美元，或约每人60,000美元。它是一个主要的交通枢纽，拥有发达的公路、铁路和航空基础设施，并且拥有大量的媒体、信息技术和研究活动。
- 偏远程度
地点越偏远，在该地点建立运营和开发项目就越困难。根据我们使用的任何衡量标准，亚特兰大都不偏远。这些包括往返通信（ping）时间、前往世界大部分人口的重要部分的旅行时间、当地人口的稳定性以及向世界大部分人口的重要部分运输能源。亚特兰大拥有发达的互联网和无线服务，因此通信延迟不会影响项目活动。它是世界上最繁忙的机场所在地，因此人员前往世界大部分地区的旅行时间非常短。临时人口（例如在科学考察中发现的人口）由于员工流动率增加和所需的旅行而使项目变得更加困难。亚特兰大的人口相对稳定，但正在增长。它有良好的铁路服务，因此从其他地方运送散装货物的能源相当低。
- 环境参数
设备必须针对特定的运行环境进行设计。如果当地的自然环境不适合，则需要提供建筑物和设备来对其进行改造。室外设备需要适应当地的各种条件。适宜的环境条件可以最大程度地利用现有的设备和设计，因此更容易处理。更不寻常或极端的环境条件需要进行适应、修改或新的设计，从而使之更具挑战性。对于本项目，我们考虑温度、供水、大气压强、地基承载力和能源供应。在后续项目中，我们还将考虑重力水平和辐射剂量。
亚特兰大拥有亚热带湿润气候，季节性温度范围从低至-9摄氏度到高至36摄氏度（16-97华氏度），极端温度为-23至41摄氏度（-9至106华氏度）。该地区被几个河流流域穿过，其中查塔胡奇河的流量最大，年平均降水量为1.26米（50英寸）。该地区的许多区域都由公共供水网络提供服务，因此供水状况普遍良好。大气压强主要由地面海拔决定，海拔范围为175-550米（570-1800英尺）。因此，参考气压比海平面低2-5%。极端天气可能会使气压相对于参考值升高或降低2.8%，但更典型的天气变化为1-1.5%。
佐治亚州这一地区的地质构造主要是皮埃蒙特高原，位于阿巴拉契亚山脉以东。它是先前几个山脉的残余，这些山脉后来被侵蚀殆尽。山脉的形成使地壳发生褶皱和挤压，留下一系列复杂的变质岩类型。因此，基岩非常坚固，但风化作用使该地区大部分地区覆盖了一层厚度不均的粘土层，粘土在潮湿时可能变得松软。因此，地基承载力是局部性的。它们通常足以支撑住宅等轻型建筑，但在任何新建筑开始之前都应进行检查。当地的太阳能资源相当丰富，但由于丘陵和树木的阻挡，风能资源相对较低。大多数能源消耗来自非本地燃料和电力发电。
- 当地资源
我们将项目发展从一个小起点到满负荷运行划分为一系列扩展阶段。与一次性完成整个项目相比，每个阶段的规划和设计都更加简单。分阶段方法允许利用早期阶段的成果来帮助制造后期阶段的物品。它还将资金和研发工作分散到一段时间内，使其更易于负担。我们为项目任意选择了六个阶段，并设定了社区规模和平均经济产出的递增目标。这些目标是针对每个阶段的结束设定的，并假设规模呈几何增长，但平均产出增量递减。这是因为我们预计产出类型之间会存在一些重叠，并且更容易的产出类型会在早期阶段添加。
- A阶段 - 3人，平均产出4.7%，
- B阶段 - 9人，平均产出9.2%，
- C阶段 - 25人，平均产出13.5%，
- D阶段 - 75人，平均产出17.6%，
- E阶段 - 225人，平均产出21.5%，以及
- F阶段 - 660人，平均产出25.2%。
（与外部实体的项目、输入和输出、项目各部分之间的关系）
- 目的
该项目旨在从为佐治亚州亚特兰大附近的一群业主运营商及其所在社区提供爱好和家庭装修规模的产品和服务开始。我们指定亚特兰大为项目地点，以便设计约束和当地环境基于实际情况而不是假设情况。当项目达到成熟阶段时，我们的目标是平均以兼职工作的方式满足成员需求和愿望的价值的25%。任何特定人员的参与取决于其兴趣以及可支配的时间和资金。在成熟阶段，该项目并非旨在取代传统工作，而是作为其他家庭活动的一种补充。大多数产出旨在供业主运营商及其直系亲属、邻居和朋友所在的社区使用。一部分产出可以出售或交易给其他人。销售和贸易可以帮助支付无法内部生产的新材料、零件和设备的费用。
项目的范围有意限定，因为它是一次首次尝试。即使生产规模很小，所有项目设备的成本也可能超出一名个人所能承受的范围，并且需要各种技能和知识才能操作所有设备。因此，我们假设该项目涉及多人参与。我们还预计，完整的设备集不会适合成员家中可用的空间。他们最终将需要共享的工作坊和存储空间。多种所有权模式是可能的。设备可以由所有网络成员作为合作社或股份所有。或者，不同的物品可以由个人或小型团体拥有，他们根据需要协调彼此的工作。整个项目假定位于合理的旅行距离（几个小时）内，并在主要地点周围集中。这使得在需要时更容易进行手工操作并交付产品。有些人可以远程参与，距离更远。
- 基本原理
为了使项目得以实施，人们需要参与的理由。对于这种规模的项目，这些理由包括提高个人技能和知识、完成他们自己无法完成的物品或任务，以及以比他们原本能够获得的更低的成本和劳动获得他们所需和想要的东西。后者部分是通过比个人能够获得的更强大或更自动化的设备来实现的。其他理由包括根据个人需求和偏好定制他们制造的产品，以及可能通过从这种规模的入门项目引导至更大的项目来实现快速增长，以及发展友谊和社区韧性。
我们选择个人生产作为设计示例，其原因与未来项目成员参与的理由不同。到本世纪中叶，地球将需要养活数十亿更多的人口，而且每个人，而不仅仅是新增人口，都希望拥有体面的生活质量。为了实现可持续发展，社区将需要主要利用当地材料和可再生能源，并实现高水平的回收利用。他们需要减少对稀缺资源和可耗尽供应的依赖。智能工具（自动化、机器人技术、软件和人工智能）日益能够取代传统工作。以盈利为导向的企业不会保留他们不需要的员工，从而造成失业问题。如果人们能够利用自己的技能和设备来维持生计，那么这个问题就解决了。支持当地社区的项目应该规模和复杂性适中，如果成功，可以根据需要复制多次以实现更大的目标。此示例还有助于积累对自扩展系统的普遍经验，并作为向更大规模和更多地点扩展的起点。
- 演变
本书的主要主题是种子工厂和自扩展系统。第一代项目将无法获得完整的设 计或种子设备，因此它们必须从工具、技能、资源和知识等方面现有的条件开始进行自扩展。我们知道这在今天是可能的，因为总体上的文明以及过去的殖民地都是通过这种方式引导其发展的。因此，我们只是在重复一个历史过程，实际上是在现有基础上对现有区域进行新的开发。随着种子工厂设备和流程的加入，扩展和升级将变得更加高效，但即使没有它们，扩展和升级仍然是可能的。
作为第一代项目，在开始时将无法获得完整的种子工厂或其设备的设计。因此，我们依赖人们已经拥有的或可以轻松获得的工具和技能。最初的资金将来自成员，并有可能获得外部帮助或融资。零件、材料、电力和运输将从成员或当地现有的资源开始。项目的研发工作将同时进行，指导需要进行哪些补充，并提供原型种子设备或设计和说明以供构建（图5.0-1）。传统设备和定制设计的设备将一起使用，用于成品和服务，以及用于构建新物品以扩大产能。由于在早期阶段并非所有必要的设备或技能都可用，因此成员将专注于他们能够胜任的任务，并在需要时获得外部帮助或供应以完成其余任务。
初始设备组部分用于在逻辑上的一系列扩展阶段中制造增长设备。将增长划分为阶段使设计过程更容易，因为每次需要进行的新项目和更改更少。它也使成本更低。早期的扩展阶段包括增加存储空间和工作空间，为现有工具和设备制造附件，开始使用购买的零件和材料制造新的基本设备，以及开始复制购买的工具和机器。在后期阶段，项目可能会开始引入种子机器，这些机器可以通过复制现有设备来增长，制造更大版本的设备以提高规模和产量，以及制造用于处理其他流程的新设备。在整个扩展阶段，都需要外部供应的零件和材料来满足内部无法制造的任何物品。随着设备组随着时间的推移而增长，外部供应的百分比应下降。超出业主自己使用的剩余产品可以出售，以支付必要的用品费用，并为业主提供补充收入。
当个人生产项目达到最初的产能目标时，业主可以决定保持该水平，对设备进行额外升级，进一步发展社区，或在新的地点建立新的社区。这些选择将超出当前的项目示例，并导致以后的项目。
- 项目管理
该项目将建立为一个或多个拥有和运营设备的私人组织。例如，独资企业（单一所有者）、有限责任公司或合作社。各个个人和组织达成协议，相互提供劳动力和产品，协调运营，并根据需要解决付款问题，以便整个项目有效运作。组织成员通常根据其净贡献获得与其设备成比例的所有权和使用权，以及由此产生的产品和销售收入。例如，一个农业运营可能有一位受过培训并操作设备的全职农民，因此拥有更大的份额，而其他成员则提供资金并在高峰时段偶尔提供帮助，并拥有较小的份额。
启动或扩展组织的新贡献可以包括设计工作、资金、工具、材料和劳动力。一旦投入运营，业主可以选择提取的产品或收入少于其应得的份额，差额将计入其累积份额。他们也可以选择提取超过其份额的收入，或将其份额出售给他人，但出于实际原因，可能会限制超额提取的时间和细节。超额提取或出售将减少其在项目中的份额。决策主要与所有权份额成比例。居住或在项目地点工作的人员可以获得一些额外的决策权重，因为他们比非本地业主更容易受到此类决策的影响。
- 土地
该项目将需要以土地的形式提供物理空间，用于多种用途。图 5.0-2 显示了一个完全发展起来的个人生产项目的估计土地面积，就好像它是一个矩形的土地地块一样。最有可能的是，它实际上将被安排在单独且更不规则的地块中，这些地块已经是项目成员拥有的或根据需要获得的。土地估算基于相当于完全支持 660 人。每个项目成员的参与水平都是可变的，目标是最终平均满足其 25% 的需求。因此，一旦项目达到满负荷，将会有大约 2600 人参与。
包括工业区、住宅区和商业区在内的项目总土地面积估计为每位全职人员 4500 m2，或对于 2600 名总人数在 25% 平均时间内略低于 300 公顷（740 英亩）。每个人的土地面积估计包括 1000 m2 的住宅和商业用地，包括 200 m2 的建筑面积。它还包括 500 m2 的工业用地，其中 200 m2 为建筑物或建造的设备，500 m2 为农场和温室空间，以及 2500 m2 用于维持森林和原材料提取。
这些区域用于稳定状态操作。在初始建设期间，可能需要一些额外的土地或材料来源。如果土地包括已开发的区域和建筑物，则可能不需要额外的来源。假设土地类型混合。有些将是住宅用地或成员已拥有的其他类型的土地。其他土地最初将未开发，并在项目过程中逐步建成。我们预计大部分土地将被购买，但在早期阶段可能会使用一些租赁的工业用地，并且可以将采矿和木材权利用作完全购买的替代方案。更大的工业和农业场所可以更好地整合自动化，并提高运营效率。另一方面，在家中或附近拥有设备的所有者/运营商的日常出行距离较短，并且可以轻松回收材料。因此，我们预计项目中各个场地的规模和内容将有所不同。人们居住的地方受许多其他因素的影响，而不仅仅是生产效率，并且需要考虑这些因素。
- 能源
该项目还需要大量的能源来运行设备，并满足住宅和商业需求。住宅自发电通常是不可能的，因为其他建筑物、树木和地形会阻挡风能和太阳能等设备。有些人还租房，无法对其进行修改。解决方案是在适合他们的地点建造能源系统，如果能源不在现场使用，则将其出售给当地公用事业公司，并利用收入抵消其他地点使用的当地能源。如果使用自己的生产设备自建能源系统，成本应该会更低。为了使能源生产可持续，主要能源被认为包括太阳能、风能和生物燃料等类型。由于这些来源是可变的，因此将结合使用本地存储和与外部公用事业的连接来平衡供需。在项目开始时，还没有可用的自建系统，因此使用传统能源。
此设计示例的详细信息按以下部分组织
- 5.1 - 需求 - 将项目的总体目标转换为更详细和具体的系统需求，以便设计满足这些需求，并提供一个评分系统来评估由此产生的设计。
- 5.2 - 功能 - 将整个项目划分为较小的部分，以及连接这些部分的流程，这些流程结合起来将实现预期目标。
- 9.0 - 注释 - 注释部分的第 1-8 页包含与个人生产示例相关的详细信息。
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（旧文本 - 合并或删除）
- 这包括一个部分自动化的定制设计的机器启动套件，以及一些已经购买的现有设备。原始社区可能会提前形成，并使用传统工具和设备来构建启动套件（图 5.0-1），或者定制设备可能来自之前的研发阶段。除了第一套自动化设备之外，传统车间物品将继续使用。随着更多设备的制造和产能的扩大，整个地点可以生产更多输出，并且需要更多人来操作所有东西。因此，新的成员将加入社区，生产将逐渐从业余爱好量扩展到更大量的家庭用途。
- 自我扩展的自动化生产并不是一个全新的想法，但在实际构建和操作示例方面是新的。因此，在构建第一个运营种子工厂元素之前，需要一个研究和开发阶段。此阶段包括开发新的想法和设计方法，以其他人可以使用的方式（例如本书）记录这些想法和方法，测试组件技术，详细的设备设计以及构建和测试原型。我们预计这项工作的早期部分将通过分布式开源协作的方式进行。增长项目和改进将需要更多工作，因此研究和开发阶段将与构建和运营不断发展的工厂并行进行。
在这些页面中开发的概念设计是完整项目生命周期的第一阶段。后续阶段将完成更详细的设计、原型设计，以及构建和操作最终系统。后续阶段超出本书范围，将由相关的种子工厂项目执行。
概念设计阶段从一组通用的需求和目标开始，并以完整系统概念结束。该概念确定了系统的主要部分、它们的一般大小、配置和技术，以及如何操作和维护系统。此设计阶段的目标是证明项目的整体可行性，以及满足预期设计要求的能力。在此阶段之后将进行初步设计，然后进行详细设计。后者以准备好用于生产的设计文件结束。我们目前的理念尚不完整，因此本书中的详细信息仅代表迄今为止所做的事情。