9.0 注释（第 4 页）

返回第 3 页

生产替代方案

无论使用上一节中描述的哪些技术组合，生产功能仍然需要一些确定的设备和资源。这包括用于加工和材料加工的设备、原材料和库存的投入、容纳所有东西的土地和建筑物，以及运行它的电力。生产功能还需要人力、机器人、计算机、网络、软件和设计文件，以控制和运行它。以下部分将按子功能列出这些任务的备选设计方案，然后尝试将技术应用于它们。

F.2.1.1.1 提供生产能力

对于整个生产功能，有一些通用的选项需要考虑

• 在多大程度上依赖于最初的外部供应来获得电力和水等资源，如果这些资源以后主要由内部提供。
• 各种初始生产要素的规模及其增长路径：现有单元的扩展、复制或更大单元。
• 施工顺序，以最佳方式实现自生产和增长的目标。这包括使用临时或之前阶段的位置。
• 资金来源、出售生产、居住和运输以及扩大生产本身之间的平衡。

正在开发的输入/输出模型提供了函数及其之间流动的快照。为了开发时间序列，我们将尝试在模型中使用多个版本或工作表，或者应用施工和制造计划方法。我们不会仅仅衡量成本和进度结果，而是会尝试将所有评估标准包含在内。然后，评估分数将随时间变化（希望会增加），并且我们对“良好”的总体度量可以看作是得分与时间曲线下的总面积，假设时间间隔总固定。

F.2.1.1.1.1 控制位置

这提供了对位置级别所有运营任务的控制，包括居住和运输，以及进出该位置的外部流量。按需分别提供对单个生产、居住和运输元素的本地控制。它包括生成人类、自动化或软件命令，无论是本地还是远程，显示、观察、数据收集和测量。它还包括未来规划、实时控制和回顾性分析。任务包括

• 控制外部流量 - 该任务是在位置级别管理输入和输出流量。较低级别的函数可能，例如，提取电力或消耗数据带宽，但此函数确保有足够的总容量可用并支付了费用。输入和输出可以分为来自程序的外部、其他程序阶段、其他环境范围以及温带范围内的其他位置。

• 位置控制生产 - 该任务根据当前计划和状态向单个生产要素发布生产指令。单个要素，例如自动机床，将根据需要具有自己的本地控制软件。

• 位置控制居住 - 该任务根据需要向居住要素发送命令。例如，它可能会打开街道照明或景观浇水。私人生活空间通常由居民直接控制。

• 位置控制运输 - 该任务根据需要向内部和外部运输要素发送命令。移动车辆通常具有内部传感器和控制装置，但此任务将发出更高级别的目的地命令。车辆可能会使用直接人工操作、远程人工操作和自动自主操作的混合方式。

• 位置规划和调度 - 根据程序和项目目标、居民请求、外部订单、状态反馈和其他输入，维护位置运营、维护和增长计划。

• 位置分析 - 测量以前的位置绩效是否符合目标和计划。向整体程序生成进度报告，并输出到“开发技术”阶段以进行持续升级。

运营和维护场景

控制位置功能使用人类来做出决策并发出命令，以及自动硬件和软件来提供数据并响应人类输入，并在没有人类输入的情况下执行某些任务。由于该位置将拥有全职居民，并且可能持续生产，因此控制功能需要始终运行，如果本地没有足够的人工操作员，则可能会提供外部人工支持。应计划对控制功能进行定期和非定期维护，并使用备用系统，无论是内置、便携式还是远程的。

设计选项

我们预计在位置建设开始时不会完全设计控制功能。一些现有的软件和硬件将从技术开发阶段继承，并且随着位置的增长，开发将继续，既来自反馈，也来自先前计划的程序目标。最初可以使用手动操作设备，但应包含添加计算机控制和机器人的规定。即使最终设计是手动操作的，也可以从一开始就使用监控软件和设计文件。从设计文件中添加直接制造是后来的目标。人类的技能和任务必须在设计中得到考虑，以便获得实际人员可以完成的一组合理的工作。

我们假设整个控制系统硬件将基于现代计算机和网络。这项技术发展迅速，预计会继续改进。它还拥有大量的研发资金，因此试图在这个项目中改进它将产生微不足道的影响。由于设计最初不会完成，并且位置会不断增长，因此设计应提供大量的增长和灵活性。例如，安装的任何光纤电缆都应便于添加和更换。对于软件方面，我们预计将使用商业软件、开源软件和定制设计的混合体。我们应该尝试使数据格式独立于软件，以保留更改或升级的选项，并允许在使用不同工具的参与者之间进行传输。单个机器的本地控制软件和远程操作更有可能被定制，而一般网络操作和规划软件更有可能被标准化。我们不会指定特定的软件包，而是将其留待具体需求明朗时再确定。

F.2.1.1.1.2 供电

该功能是向该位置提供所有形式的电力，包括电力、热力、液压（通过存储能量）等。它还包括提供大量剩余电力作为目标。电力可以按需求类别划分 - 住宅和控制电力需要比某些可以延迟的工业电力更可靠。它还可以分为固定电源和便携式电源。太阳能和风能等可再生能源需要大量的捕获区域，这可能与其他用途重叠。可再生能源的关键变量是降低资本和维护成本，因为它们不需要燃料供应。电力来源有几种选择，一个可能的设计将包含以下一个以上的选项

外部电力

从外部供应电力或天然气是传统方法。至少在一开始，在施工期间需要外部来源。如果需求超过内部供应，它们以后可能会继续需要，并且以后维护连接以提供盈余。对于靠近发达地区的温带位置，外部来源应该很容易获得，尽管可能对剩余电力的销售进行监管。

太阳能热能

这包括直接加热需要一般加热的流程，以及通过热力发动机发电。

定日镜 - 定日镜是用来引导阳光的镜子，通常是用来集中阳光。它可以是一个单一的碟形镜，也可以是一个或多个平面镜或曲面镜。根据尺寸和功率水平，有多种可能的镜子排列方式

• 一个指向高架中心目标的单独转向定日镜阵列。这是用于非常大电力供应的首选方案。
• 一个单一的可操纵抛物面或双曲线天线在加热目标上方旋转，使得目标保持固定。转向通过电缆或液压控制，以保持指向太阳。在抛物面情况下，要么次级镜将阳光反射回下方，要么浅的偏抛物面环水平聚焦到目标。在双曲线情况下，镜子直接聚焦在目标上。配重系统可以保持天线低重心和平衡。
• 菲涅耳阵列是一种相对平坦的镜面布局，每个镜面都指向焦点。这样就可以使用单个指向机构，该机构由仰角加旋转组成，以考虑太阳的季节性和每日运动。菲涅耳阵列可以固定在地面支架上，也可以在轨道上水平移动以跟踪太阳。

对于任何一种布置，目标都可以直接位于焦点处，也可以由次级镜指向一个固定点。镜子下方或附近的车间大楼可以提供一个受保护的工作场所，并为镜子提供支撑结构，但在某些情况下，露天工作也可能适用。屋顶或侧面的入口孔可以使聚光光到达熔炉区域。使用额外的导向镜，多个定日镜可以组合它们的灯光，或根据需要重新定向到不同的任务。通过改变焦点处的物体，熔炉可以执行不同的任务。阳光可能会被云层遮挡，或者需要的温度高于镜面系统能够达到的温度。对于这些情况，可能需要辅助热源。太阳能熔炉的一个有趣方面是它们有可能制造更多镜子的玻璃，从而支持自我扩展。

热能储存 - 为了获得热量，您使用太阳热聚光器加热工作流体，并使用散热器和风机将热量从工作流体转移到您的砾石床。为了排出热量，您反转风机并从砾石床中吸入冷空气，以重新加热工作流体。工作流体（可能是水）也驱动汽轮机/发电机发电。在白天，定日镜加热工作流体，其中一部分直接流向发电机发电，一部分用于加热砾石床。在晚上，您利用储存的热量并运行它。砾石大约是您可以想象到的最便宜的储能装置。您仍然需要建造一个容器，以及散热器/风机装置来输送热量，但您谈论的是相当传统的水泥和保温材料，因此成本应该很低。在更大的尺寸中，您将受益于更低的表面积与体积之比。

低等级热能储存也可用于供暖建筑，并且可能有机会重复使用储能装置。为此，加热的空气要么直接送入建筑物，要么加热的工作流体被输送到目的地。

太阳能发电

此选项主要是使用光伏板发电，尽管应该进行搜索以识别任何可能实用的最新替代方案。光伏通常比热能转换的面积效率低，但可以与建筑屋顶集成。它也能在漫射光下运行，而太阳能热能则不能。制造半导体比制造汽轮机要求更高，但如果硅金属是材料加工的产出，那么值得探索要么制造完整的面板，要么将硅换成其他人的完整面板。

风力涡轮机

大多数地方都存在风，但以传统建筑成本而言，足以收集的风并不多。随着先进的生产，成本可能会降低到足以在更多温带地区有意义。传统大型风力涡轮机的替代方案是在高耸的结构上安装较小的机组，以获取地面以上的高风。另一种选择是在远离其他地点的良好位置建造风力涡轮机，出售电力，并在当地购买等量的电力。实际上，这利用了现有的电网传输电力，尽管在实践中可能是不同的电力单元进出。

生物能源

这是种植植物或微生物用于燃烧供暖或燃料来源。它可以与从植物不同部位提供食物或木材并行运行。这里的一个选择是利用其他过程产生的CO₂排放，或增强从空气中捕获的碳以提高生长速度。生物能源对便携式电力和能源储存非常有用，用于其他来源无法生产的时期。

其他来源

其他能源不太可能在当地获得，例如水力发电或化石燃料，或者更难以安装，例如地热能源。后者需要大量钻探。但应该考虑它们。

能源的选择不能孤立地进行。总量和调度可靠性将取决于该地点的其他部分，并且能源组合可以与其他运营整合。在能源领域，对剩余热量的利用称为联合发电，但我们正在关注更集成的流程。我们将采取的方法是假设所有可用的能源都被利用，确定它们与该地点其他部分的相互作用，然后优化各个数量以满足需求。

F.2.1.1.1.3 提取材料

这包括挖掘和采矿、水和空气收集，以及植物的收割，无论是直接在该地点或附近进行，还是使用该地点的设备。目标是从当地供应或回收的当地或外部来源获得大部分总材料。满足总材料需求的替代方案包括为原材料开采拥有土地、使用对其他土地的采矿权，或交付他人生产的散装材料。拥有土地的数量和地质将根据所选择的方案而有所不同。

• 挖掘和采矿 - 这套设备可以与用于场地建设和种植有机物的设备共享。基本需求是配备液压附件的动力车，以及用于将开采的材料运输到使用或加工地点的运输车或拖车。低功率版本可以使用电能存储，并有可能使用有线或束缚能量的便携式太阳能收集器，以维持更长时间的运行。高功率版本可以使用柴油-电力或柴油-液压动力源，使用传统或生物柴油燃料。核心车辆将属于运输功能，而专门的附件将属于此功能。

• 水收集 - 水的原始来源包括降雨、凝结、流水和地下水，只要不超过自然补给量。可回收水是其他功能的产出。所有水源都输送到材料加工车间，以清洁到所需水平。

• 空气收集 - 这可能仅限于用于各种用途的压缩空气。将考虑提取CO₂、氧气、氮气和其他微量成分，在这种情况下，需要一种收集方法。

• 收割植物 - 这是针对该地点的财产的种植有机物的后续步骤，也是附近地点的唯一任务。它根据尺寸分为木材和其他植物。与挖掘相同的核心车辆被使用，但配备了专门的附件。此功能在收获的物品被存储，准备加工时结束。

F.2.1.1.1.4 加工材料

这包括将原材料转化为成品材料库存，准备存放、制造零件或消耗。它可以使用化学、机械或热加工，并作为连续流或在单独的批次中运行。我们可以根据输出材料来组织加工，然后识别执行这些过程所需的生产要素，最后将这些过程与生产的其余部分和整个地点相结合。输出可能包括以下许多内容：石头和混凝土、金属、陶瓷、玻璃、木材、纤维、电子产品、有机和无机化合物、肥料和清洁水。

设计选项

在地球上，我们可以在加工我们自己的原材料或生产成品出售之间做出选择，并使用这些成品加上初始资金来支付所需的材料。地球是一个分化的星球，因此每个地点都倾向于拥有不同的可用材料。从历史上看，材料加工也因地点而异，由此产生的产品被运送到需要的地方。一个设计良好的加工流程，与一个地点的其余活动相结合，可以将经济学转变为在当地完成更多工作。

能够将任何随机输入全部转化为成品材料，对于一个为 75-660 人规模的地点来说可能过于复杂。相反，我们将根据总质量流量、经济价值或它们对增长的支持程度来考察各个过程。所需的质量首先将从住房和运输的需求中得出，然后回到生产中。这将确定启动集的候选人，以及随着地点发展而添加的候选人。我们还将展望当前项目之后的一些时间，以建设未来的地点。然后，单个材料处理过程需要与彼此、其他生产功能和该地点的其余部分相结合。将对所有组合集进行评估，以在研究的后期开发总得分。这将需要迭代地进行，因为我们一开始并不知道所有需要的元素。我们可以应用一个贸易树过程，将许多可能的选项缩减到更易于管理的集合中。

输出材料

我们首先确定建造和运营该地点所需的材料类别，而不管我们是否会在当地加工它们。稍后，我们将考虑从哪些子集中开始，并在增长过程中纳入它们。

• 石头和混凝土 - 用于此类别的材料库存可能包括直接用作砾石床的尺寸碎石，如果适合该类建筑，则包括较大的碎石和尺寸石，用于过滤床和混凝土细骨料的沙子，以及用于砂浆和混凝土的石灰和水泥。

• 金属 - 在现代文明中，铁和钢占总金属使用量的 95%，因此这可能是第一个需要的金属。品种包括铸铁、结构钢和合金钢。铜、铝和黄铜也可能需要大量，以及少量金属，如用于涂层的锌，以及用于与铁合金化的其他元素或特种金属。

• 陶瓷 - 所需的材料库存包括用于制砖的粘土和沙子、屋顶瓦、铺路、家庭用品以及高温衬里和容器。碳化物和矿物氧化物用于加工中的切割和研磨。

• 玻璃 - 普通钠钙玻璃需要二氧化硅、碳酸钠以及氧化钙、镁和铝。这些可能来自矿物来源或来自现有的玻璃废料。特种玻璃需要硼酸或氧化钡。

• 木材 - 自然状态下的树木（绿色）通常尺寸不合适，含水量很高。因此，它们必须锯切并干燥至相对于完全干燥木材重量的 8-19%。对于某些用途，锯材使用粘合剂重新组装成更大的均匀块，省略了有缺陷的部分。不同树种具有不同的特性。由于树木的生长速度比该地点的预期建造时间长，因此最初必须通过选择合适的土地来供应。长期维护和改造可以通过种植来提供。

• 纤维 - 这包括天然纤维（棉花、羊毛等）和合成纤维（玻璃、玄武岩、碳、聚合物）。

• 电子 - 这包括用于电气和电子设备的材料，包括电线、绝缘体、电机、发电机、电池、开关、继电器、变压器、电阻器、电容器、电感器、灯丝、硅、掺杂剂和其他半导体以及其他材料。

• 有机化合物 - 这包括所有包含碳原子的化学物质，无论其来源如何，并且不属于其他类别。例如有机聚合物塑料、润滑剂和用于零件制造机械的切削液。

• 无机化合物 - 这包括所有不含碳原子的化学物质，并且不属于其他类别。例如用于净化水的漂白剂和活性炭。

• 肥料 - 这些材料包括岩石粉尘、石灰、堆肥或处理过的有机物、生物炭和化学肥料。

• 清洁水 - 原水和可回收水都需要根据预期用途清洁到适当的水平。

加工元素

可以列出许多单独的元素，每个元素都可以执行一个或少数几个处理步骤。

• 熔炉 - 熔炉是一种产生高温以处理某些材料的装置。它们可以使用可燃燃料、电力、太阳能或其他能源加热。最简单的早期熔炉用于制砖，将新鲜的砖块堆叠起来，留出通道添加燃料。因此，生砖既充当熔炉又充当产品。由于堆叠外部的砖块往往达不到那么高的温度，因此可以将堆叠翻转后进行第二次烧制，这样第一次烧制时烧制良好的砖块就在外部，而烧制较差的砖块现在就在内部。陶器窑也可以通过成型来制作，然后在初始烧制中使其自身硬化。一旦具备制砖和陶器制品的能力，就可以建造更复杂的熔炉。一种特殊的陶器制品是坩埚，它只是一个旨在承受高温的容器，例如用于金属铸造。

还原炉可以将氧化金属还原为纯净形式。最常见的类型是高炉，其中通过铁矿石、焦炭和石灰石混合物的空气冲击既产生高温又产生来自一氧化碳的还原环境。这种组合从矿石中的氧化铁中去除氧气，生铁以熔融形式沉入炉底，可以在那里抽出。更现代的工艺使用CO 和 H₂ 混合物直接还原矿石球团。另一种类型的熔炉被称为窑，通过简单地加热到足够高的温度，从石灰石中生成石灰，或从石灰石和页岩中生成波特兰水泥。加入沙子和砾石后，这些材料可用于制作砂浆或混凝土。

铸造厂和热轧厂 - 铸造厂创造空心模具，将熔融金属浇注到模具中，形成铸件。这些铸件可以相当复杂，并且接近最终形状。然后可以在机加工车间对铸件进行最终尺寸加工。通过添加来自各种来源的合金元素和废金属，可以调整熔融金属的成分。热轧厂从熔炉中获取生金属，并使用轧辊或模具将其塑造成形状并尺寸化，以创建生坯。当使用动能冲击来塑造成形热金属时，被称为锻造。一些金属合金会根据特定的加热和冷却循环而硬化或软化。这可以在加工之前或之后完成。

一个概念是使用镜子集中太阳光作为通用熔炉。通过更换焦点处的物体，可以煅烧石灰石以生产水泥，熔化金属以进行铸造，发电或热储存，或熔化玻璃以制造更多镜子。

集成工艺

• 化学加工 - 上述列出的各个处理元素可以对原材料进行相对简单的化学变化。为了进行更复杂的转换，将需要将多个元素链接在一起的化学过程。以下图表是两个完整的化学流程的示例，从原材料开始，以纯净金属结束。它们可能不是我们将在设计中选择的最终工艺，但说明了集成流程的想法，以及此类工艺是如何由相对简单的步骤组成的。这些步骤在化学工程中被称为单元操作，不能进一步分解成更简单的操作。任何数量的此类单元操作链接在一起构成了一个过程。我们的目标是允许灵活的操作以根据需要生产各种产品。因此，与其像商业工厂中通常那样永久地链接这些操作，我们更愿意将它们视为可以根据需要重新排列的模块。

碳热还原 - 这是使用碳和热量将金属氧化物还原为金属。生产铁传统上是在高炉中作为一个单一的还原过程进行。通过使用更复杂的流程，例如这个流程，您可以生成各种其他金属。

氢氟酸浸出 - HF 浸出工艺是在 1981 年左右发明的，用于将月球岩石加工成金属，同时很少使用挥发物或稀有化学物质，因为这些物质在月球上很难找到。它利用氟比氧更具反应性来从金属中去除氧气，然后再生继续所需的酸。酸浸出是金属从矿石中提取的常见工艺，但据我们所知，像这样的集成工艺实际上尚未在地球上使用。

F.2.1.1.1.5 制造零件

这将来自加工或储存的成品材料转化为准备组装的成品零件。历史上，各种生产机器和工艺被用于此功能。我们可以按照前面处理功能中材料的类型对它们进行分类。在选择使用哪些过程和机器时，我们将尝试遵循上述过程材料中的设计选项下的相同思路。

石材和混凝土加工

由于它们的质量大，断裂强度低，这些材料通常直接在其最终位置组装。一些物品，如石材台面或台阶，首先要切割和抛光，然后组装。混凝土制品，如砌块或钢筋梁和板，首先要浇注，然后安装到位。此加工步骤仅包括后一种类型，这些类型不会直接安装到位。

• 石材加工 - 常规方法包括从采石场中提取石材的凿击、锯切或研磨，然后将石材粗加工成形。精加工和抛光通常涉及研磨剂。现代方法包括水射流或等离子射流，或激光。

• 混凝土加工 - 常规混凝土涉及将配料（砾石、沙子、波特兰水泥、水，以及可能的添加剂）混合在一起，将其固化到模具中，通常使用钢筋，让其湿固化规定的时间间隔，然后脱模。替代方法包括其他水泥，分布式或条形纤维增强，以及非矿物填充剂，如用于绝缘的聚苯乙烯泡沫。面板可以预组装有增强，结构连接器，窗框和公用设施。它们水平浇注，然后用起重机吊装到位。

主要金属加工机械

为了制作金属零件，可以从机器车间的库存中列出常规设备清单。这些设备分为主要的车间机械和其他车间设备。现代的选择是用途更广的多轴机床，它们可以完成比切割金属更多的任务。

传统机床车间

以下项目基于 2002 年左右一家提供全方位服务的机床车间的设备清单。

镗床（卧式） - 例如 DeVlieg 43K 48" X 72" N.C. - 它有一个大的床身，可以沿 X 方向移动，以及一个可以沿 Y 和 Z 方向移动的主轴，并设计用于在 Y 轴上镗孔。主轴包括一根长水平杆，可以用于镗深孔。床身可以沿 Y 轴进行横向移动，并可配备旋转工作台作为补充。在某些情况下，床身先沿 Y 轴移动，然后再沿 X 轴移动（移动顺序取决于哪个滑动导轨位于底部）。不同的型号在每个轴可提供的移动量上有所不同。更大的 Y 轴移动量允许与主轴一起镗更长的孔，而更长的 X 轴允许在更大的工件或多个工件上同时钻更浅的孔。工作台类型有一个抬高的床身，而落地式类型将床身安装在地板水平线上。

龙门铣床 - 例如 Nicolas Correa 龙门铣床 FP 50 - 它有一个沿 X 方向移动的长工作台，以及两个支撑 W 轴（Z 向运动）横梁的立柱。横梁允许主轴头在 Y 轴上横向移动，而铣头可以在 Z 轴（垂直滑板）上移动。W 向运动是 Z 向运动的 1-3 倍，允许工件高度变化。Z 向运动允许在工件内进行铣削深度。通过翻转工件，可以获得两倍的总铣削深度。铣头可以安装在只有一个垂直主轴上，也可以安装在多种多轴运动上，以实现更大的灵活性。

立式加工中心 - 例如 Cincinnati 5V-1000 - 它的基本版本过去被称为铣床。它在底座或工作台上具有两个或三个轴向运动，分别是 X、Y 和可能的 Z，而主轴具有 Z（垂直）向运动。通过添加旋转和倾斜夹具，可以实现工件的更多轴向运动。

卧式加工中心 - 例如 Haas EC-1600 HMC - 工作台沿 X 和 Y 轴移动，主轴水平安装并沿 Z 方向移动。如果包含索引盘，则会绕垂直轴旋转工件以访问不同的侧面。HMC 与镗床类似，但没有主轴的水平移动。

磨床 - 例如 TOS Hostivar BU 28 - 磨床使用高速旋转的硬磨料砂轮，并且可以以非常小的增量移动。它们通常用于精加工，以降低表面粗糙度或通过去除少量材料来调整尺寸，或者用于磨削其他工具。磨料砂轮反过来又会被修整，即去除粘附的材料并恢复其适当形状，使用金刚石或其他极硬的工具。金刚石或其他极硬的工具是开采或制造的。平面磨床沿 X 和 Y 轴移动工作台，而砂轮可以以小增量下降。假设工作台运动是平面的，这将产生一个平坦的表面。圆柱磨床在 X 轴上的中心之间旋转工件，磨轮也旋转并沿平行轴移动。在 X 轴移动的同时，可以在 Y 轴上进行微调，从而产生一个精确的圆柱体。内径（ID）磨床用卡盘或面盘固定工件的一端，卡盘或面盘绕 X 轴旋转。一个小砂轮安装在平行卡盘上，以便可以磨削孔或管的内表面。万能磨床设计用于切割铣削和钻头所需的复杂形状，因此可以在两个或多个轴上以角度进行磨削。

磨床由于与工件之间的快速摩擦会产生高温。这会损坏砂轮和工件，因此通常将冷却液的应用方法作为设备的一部分。由于磨床一次可以去除少至 1/4 微米的材料，因此需要一种精确测量工件尺寸的方法，以便知道何时达到正确的尺寸。

车床 - 例如 LeBlonde 25/50 - 车床通常沿 X 轴旋转工件，而切削工具沿几个平行、垂直或成角度的轴移动。工件安装在一个称为主轴箱的一端的卡盘、卡盘或对中装置上，以及一个在另一端（称为尾座）上需要移动支撑或对中装置。对于一些大型或重型工件，主轴是垂直的（Z），工件放置在一个大型旋转工作台上。刀架沿平行于主轴的导轨移动，并且在 Y、Z 和有时相对于这些轴成角度的方向上有二次运动。通过选择切削工具及其安装方式，可以进行各种切割。刀架的主要运动可以通过与工件旋转相连的丝杠控制。因此，它会在每次旋转时移动固定量。这可以用于切割螺纹等螺旋槽（包括更多丝杠）。旋转速度和切削深度可以根据所进行的工作进行改变。

车床最简单的操作是通过简单地沿平行于主轴的方向移动工具来产生不同直径的圆柱体。理论上可以切割平面或线性特征，但这些更适合铣床类型机器。

现代替代方案

麻省理工学院比特与原子中心是一个以大学为基础的先进制造和测量实验室。其设备清单列出了更先进的设备。一种现代的替代方案是将上述几种专用机器组合成一个通用的多轴设备。另一种是增材制造，它使用添加材料而不是切除材料的过程。这种方法有很多亚型。

其他金属加工设备

除了上面列出的通用机械之外，还使用各种其他设备来加工较薄的板材或条材，这些板材或条材在切削工具力的作用下会过度变形，或者在使用通用机械之前将原材料加工到近似尺寸和形状。

折弯机 - 使用夹具固定金属板，并利用杠杆或液压压力将其弯曲成围绕成型模具的所需角度。模具通常具有较小的半径，以防止金属在锐角处开裂。

剪板机 - 使用杠杆或液压压力将金属板或其他原材料形状切割成所需的长度。这些通常以直线切割，但无喉式剪板机可以切割曲线。从本质上讲，这些是家用和园艺剪刀的工业版本。

锯 - 带锯使用缠绕在大型轮子上的狭窄带状齿来将较厚的条材或形状切割成长度。切割尺寸由轮子之间的距离及其直径决定。切割速度相对较慢，但可以穿透相当大的形状。通过将轮子相对于原材料成角度，可以进行角度切割。对于工业规模的工作，通常是锯头移动而不是原材料移动，因为锯头重量更轻。切断锯使用圆形齿轮或磨料砂轮将较小的材料切割成长度。台锯使用类似的砂轮，砂轮可以从平坦的台面下方抬起和倾斜。各种夹具、夹具和导轨固定在台面上，以引导切割。台锯通常用于较软的金属或木材，因为较硬金属中的切削力会导致砂轮变形。

焊接机 - 用于通过熔化接触点或添加熔融填充金属将金属片固定在一起。根据金属类型和厚度，有多种类型的焊接机。在某些类型中，使用惰性气体来保护焊缝免受氧化。在其他类型中，电流在金属的接触点处流动，并施加压力来连接熔化的表面。

等离子切割机 - 这种切割机使用电弧在气流喷嘴中产生高温等离子体。它可以切割各种材料，厚度可达中等，形状任意。它精度中等，因此可能需要精加工以进行精确工作。

压力机 - 这些压力机使用液压压力将工件压向称为模具或模具的预制表面。工件通常被加热，以使金属变软更容易成形。如果模具在间隔的支撑物之间施加压力，它可以用于弯曲。一台压力机可以通过更换模具或模具来用于制造各种形状。传统的模具和模具是按照固定的形状制造的。一个选择是使用可编程的版本，这些版本通过螺钉、液压或可更换的插入件改变形状。台式压力机用于将一块金属插入另一块金属中稍小的孔中。然后，两侧压缩金属的压力将两块金属固定在一起。对于较大的零件，这需要太大的压力，因此，内层零件被冷却，外层零件被加热，以便它们分别收缩和膨胀。当组装并允许回到相同的温度时，零件将通过压力固定在一起。

物料搬运 - 用于将重型工件从一个地方移动到另一个地方的各种类型设备。最大的是一个或多个桥式起重机，它们可以基本上构成建筑物或其大部分结构的主要结构。两排重型立柱支撑着平行于建筑物长轴的轨道。一座结构桥跨越轨道，起重机可以沿桥的长度移动，并升降重物。叉车和托盘升降机在地板上移动，并使用水平臂抬升物体。它们在可以抬升的高度和臂的支撑方式上有所不同。

坐标测量机 - 这些机器设计用于通过在不同位置自动接触探头来精确测量物体的尺寸。由于大多数金属会随着温度而膨胀和收缩，因此这需要一个受控温度区域以进行精确工作。较旧的测量方法包括千分尺和机械量规。使用光的干涉和波长计数可以进行非常精确的测量，尽管这并不常见。

清洁和喷漆 - 加工通常使用冷却液来防止热量积聚，原材料用油脂或油来保护以防止生锈。成品通常喷漆以保护它们。因此，车间将有一个区域用于清洁零件，然后根据需要对其进行喷漆。这些任务可能很脏，有时很危险，因此它们通常与车间地板分开。

木材加工

木材与金属类似，都是相对坚硬的固体。木材更柔软，通常可以接受较低的精度，因此可以使用功率较低、结构更简单的设备。然而，在初期，与金属制造共用许多相同的机器可能是有意义的，以避免重复投资。大多数木材在重量上不需要太多加工。如果用作建筑材料，只需切割并干燥至标准尺寸，即可直接进行组装。本功能将解决更多由木材制成的定制元素。其中规模最大的可能是像胶合桁架结构这样的项目。

基本的木材加工非常传统，可以使用廉价的工具完成。替代方案将涉及自动化程度，以及创新的印刷和层压方法。一些例子包括使用纸张进行 3D 打印（已证明），修改为使用条状材料，从而减少浪费，或者使用增强型木质环氧树脂复合材料。

陶瓷制造

传统陶瓷是人类最古老的技术之一，只需要合适的粘土矿物、简单的成型设备和足够的热量进行烧制。在重量上，砖块和瓦片可能是数量最多的，可以从自动化生产中获益。砖窑本身可以由砖块或类似材料制成，因此易于自我扩展。传统窑炉的替代方案包括使用太阳能加热来补充其他能源，以及使用高质量的绝缘材料来减少热量损失。除了砖块和瓦片等散装商品以及家用器皿外，还有技术陶瓷和耐火陶瓷类别。例如，在金属还原中使用的玻璃碳容器。

玻璃制造

鉴于从流程功能中获得的原材料玻璃库存，此任务是将其转化为成品。大多数玻璃需要做成平板，用于窗户和太阳能反射镜。如果尺寸不合适，下一步就是调整尺寸，对于反射镜来说，还需要涂上反射涂层。可以通过在成型模具上塌陷来创建弯曲部分。替代方案包括使用旋转模具，使用或不使用锡浴，添加剂沉积，或在锡中添加高居里点磁性粒子，以便可以通过磁场对其进行成型。

玻璃具有很高的化学稳定性，而且透明。因此，它需要做成更复杂的形状，用于家用商品以及生产中的储存容器和加工。制作它们的传统方法包括模塑和吹制，以及将更简单的部件融合在一起。制作复杂玻璃器皿的替代方法可能包括添加剂沉积。金属玻璃是一种快速冷却的金属类型，呈玻璃态而非晶态，可以用于特定的用途。

纤维与织物制造

传统的织物生产高度自动化，我们不太可能对其进行改进。专门的增强材料编织可能会很有用，而且自动化缝纫是减少劳力的一个好选择。传统的选项（缝纫机）非常便宜，即使是工业级版本。自动化替代方案的复杂任务将是处理布料，以代替人类在普通缝纫中所做的工作。一种可能性是使用临时粘合剂代替别针。

电气与电子制造

在重量上，铜线、电机、发电机和蓄电池可能是最常见的电气/电子产品。其次是硅太阳能电池，如果用于电力生产。制作定制电路板是一个值得探索的选项，因为可以在小规模范围内完成。定制组件将需要重大的创新，因为电气/电子产品已经在自动化工厂中进行批量生产。如果没有独特廉价的制造方法，从外部购买可能是最好的选择。

轻工

这包括纸张和印刷、胶水、小型模塑和铸造，以及微型物品。

其他制造

这包括上述未包含的其他材料类型。目前，还没有发现任何此类材料，但在设计过程中可能会出现。

F.2.1.1.1.6 存储库存

此任务包括为目前未使用的材料、零部件和成品提供存储空间。它包括为其他生产功能提供临时存储空间，以及为居住和运输提供长期存储空间。它还包括为其他生产功能提供环境保护和控制（即建筑物），以及用于工业任务的土地。这必须包含在某个地方，用于存储的仓库空间和用于工厂车间的建筑空间在功能上是相似的。与其在多个标题下进行核算，我们将其全部收集在此。按环境条件划分的存储类型包括

• 室外存储 - 这包括散装砾石和沙子等物品，这些物品不需要太多保护，以及在使用中的车辆的室外停车。帆布可以提供部分天气保护。
• 避雨存储 - 这提供了高架地面、排水和屋顶，以防雨和其他水源，并减少阳光造成的热量和光照损伤。
• 封闭式存储 - 在上一类别的基础上，这还包括完整的墙壁，以阻挡风、碎屑和害虫。
• 空调存储 - 在上一类别的基础上，这增加了温度和湿度控制，以及用于办公室和防止操作产生的灰尘/蒸汽的隔断。
• 专业存储 - 某些物品可能需要特殊的条件以确保安全、清洁，以防止氧化或其他原因。这些将需要根据特定需求单独建造建筑物或定制设计。

存储容量可以通过负载/面积、物品尺寸和物品重量进行组织，这将决定进出存储所需的设备。

设计选项

存储空间的数量由其他功能的需求决定，再加上一定比例的存储和维护用品（额外的屋顶和壁板、托盘、额外的货架组件）、季节性需求以及装卸区域和库存移动的空间。传统的存储设备类型包括基于集装箱的存储、框架式仓库式建筑以及在不需要空调空间时使用帆布或其他轻型覆盖物。单个结构可以结合几种存储类型，并在随着需求的变化而随着时间的推移而发展。存储任务的自动化程度可以从完全手动到完全自动化。非传统的替代方案可能包括地下存储或移动/可堆叠的存储架，这些存储架允许在需要之前进行密集的堆放。

F.2.1.1.1.7 组装元件

这包括将零部件和材料组装成更高层的组件（零件集合），最终形成完整的元件。它还包括为了维护或修改而对元件进行拆卸。这通常可以是组装步骤的逆过程，在必要时需要添加一些排水和清洁步骤。组装可以分为可移动元件（例如生产机器和车辆）和固定元件（例如建筑物）。后者可能需要在恢复组装之前进行临时的天气保护和清洁。固定组装包括放置混凝土和现场焊接。在室内组装建筑模块可以减少天气延误并提高自动化程度。

设计选项

组装可以使用直接人工、远程控制、机器人或自动化的组合。传统上，自动化和机器人技术用于大规模生产，在这种生产中，为系统编程的工作可以分布在许多副本上。手动方法保留用于短生产周期（一个或几个项目）。由于项目目标包括应用先进技术，我们将探索使自动化在更小的地点和生产率下经济的方法。

• 认识到最终将有多个地点生产这些物品，因此自动化的工作将被分散，尽管在第一个地点本身并不经济。自动化的一个关键部分是自动化生产设备本身的组装，以便能够高效地建造副本。
• 将生产语言纳入物品的设计中。CAD 文件通常描述零件的形状，这些形状可以转换为加工机器的指令。对于更高层的组装功能，零件的装配树需要转换为机器人和支持工具执行的指令。当机器人功能在当前生产系统的状态下不可用时，该步骤将作为人类执行的指令输出。
• 开发更简便的自动化编程方法。这可能包括使用摄像机/仪器服装来感知人类如何执行任务，将这些感知转换为自动步骤，然后根据需要编辑这些步骤以确保平稳运行。记录远程控制操作或直接移动机器人关节和工具是另一种方法。

模块化组装区域和工具是处理各种产品的首选方法。例如，一个夹具台可以有多个位置来固定夹具，以便在组装物品时使用。我们认识到，由于自动化设备尚未完全到位，初期阶段将以人工操作为主。

F.2.1.1.1.8 有机种植

这包括种植微生物、植物和动物，直到收获以提供有用的物品。它还包括在正常环境范围之外保存物种，可以选择通过非活性储存来实现。宠物和观赏植物属于个人物品。种植生物产品需要一定土地面积。所需的土地面积将根据生产的产品和土地质量而有很大差异，并且会与居住区域重叠。为了保障粮食安全，并减少成本波动，需要储存一定数量的食品。对于室外种植，每年都会受到天气变化的影响，可以通过调整种植计划或租赁临时土地来弥补。在早期建设期间，可以使用木材权利代替直接购买森林土地来降低成本。如果土地上有充足的树木，一些早期的木材可以从建筑场地清理中获得。

设计选项

这里的替代方案包括：室外传统作物田，采用各种耕作和其他措施；封闭式温室；垂直农场；屋顶花园；标准森林；选择物种和用途的高产林业；室内控制照明种植；以及作为生产者的替代微生物物种。对任何生物进行基因工程都是一种选择，但我们可能会从外部获取工程生物，而不是自己设计。牲畜的护理相当专业，可以在人口规模更大时进行，或者完全不进行。我们将认真考虑一个针对更高产量的场地和生物改进计划。