5.2 - 个人生产：功能分析
个人生产示例的下一步是将项目划分为更易于管理的部分，以便单独设计。项目的设备将从入门套件开始，不断发展，因此存在很强的时间因素。我们的第一次划分是将项目划分为一系列项目阶段，以满足不断增长的总目标和要求。项目的一部分增长将取决于项目所服务的社区中的人数，因此阶段也按产出数量进行扩展。设备集的大小是为了满足特定阶段的需求，无论是尺寸还是数量。早期阶段的小规模运营也应该为以后的设计改进提供一些反馈。该设备旨在直接支持社区的一些业余爱好和家庭需求。因此，定义食物、住所和公用事业服务等产出的去向以及如何使用它们是项目不可或缺的一部分。因此，我们将这些项目作为我们完整系统分析的一部分。
我们的第二个划分方法是将项目划分为一组功能性任务，这些任务描述了项目将做什么。我们将使用一些设计元素来完成这些任务，例如设备部件或一组操作说明。功能与元素之间没有一一对应关系。给定任务可能需要多个元素，而给定设备可能用于多个功能。一个完整的 desain 包括执行所有功能所需的所有设计元素。
在概念设计阶段，我们的人员有限，我们无法检查所有可能的 desain 替代方案。我们的目标是证明项目的可行性，并将大部分 desain 变体和优化留到项目的后期阶段。因此，我们从一组功能流程图和有限数量的设计选项开始。我们还计划遵循 3.4 节中概述的参考架构。如果时间和人员充裕，后续的设计工作可以重新审视最初概念的改进和变体。
图 5.2-1 说明了将项目划分为扩展阶段，从传统车间开始，以及六个阶段编号 1A 到 1F（您可以点击绘图以查看更大版本）。六个只是任意划分的阶段，实际上这是一个持续的扩展过程。我们选择这个数字作为分析阶段数量和每个步骤中添加内容的复杂性之间的合理折衷方案。该图是部分功能流程类型。它说明了时间顺序，但只显示了一些输入和输出。功能图显示了需要执行哪些活动，但不会预先确定如何执行。选择如何执行任务是后续的 desain 步骤。传统商店设备以及新的零件和材料是来自项目外部的输入。为简单起见，我们只显示了在建造完成后运行最终的 1F 阶段，但每个早期阶段也将有生产运营。毕竟，生产有用的产出是项目的主要目标。
扩展过程从在最低方框中建造一个传统车间开始。目前，我们假设它位于一个地点。我们使用传统的施工工具和木材、金属板等输入来组装建筑物，安装购买的车间设备，并建造定制物品，例如工作台和储物单元。完成的传统车间是第一个功能框的输出。我们使用传统的车间工具，以及额外的外部零件和材料，来建造第一个 1A 阶段扩展元素。这将是一组额外的设备，可以处理更多材料，制造新型零件等。这些可能包括第一批“种子工厂”机器，这些机器是专门设计用来制造更多机器的。扩展可能还包括购买或建造更多传统设计的设备。标记为“1A 阶段扩展元素”的循环表示，一旦新的设备完成，它就开始被用于帮助建造更多设备。当 1A 阶段的全部元素完成时，我们转移到下一个功能框，并开始建造 1B 阶段。随着设备的积累，我们还必须扩大建筑物、道路、太阳能集热器的室外空间等，以支持它们。由于最终的生产规模，这很可能在多个地点进行。
我们继续按顺序构建扩展阶段，直至最终的 1F 阶段。在扩展过程中，我们制造自身零件和材料的能力不断提高，但我们的目标是在扩展结束时只有约 25% 的自产率。因此，所有阶段都需要来自外部的大量新零件和材料供应。最后一个方框“运行 1F 阶段位置”表示增长已根据项目目标完成，并为社区输出所需的产品范围。由于运行寿命是无限的（没有固定终点），我们也生产了维修所需的任何更换零件。此图没有显示最终产品的输出，但所有扩展阶段都会制造产品，并且随着时间的推移，产出数量不断增加。
因为我们还没有进行更详细的分析，所以我们假设每个阶段的社区规模呈几何增长。最小规模假设为一个由 25 人组成的社区，其中有 8 名业主经营者。这允许每项主要生产功能有一名熟练人员，并且为早期建设和组装提供足够的劳动力。第一批人建造了传统车间，然后开始建造 1A 阶段的新设备。从 1A 到 1F 的每个建造阶段的结束都假设社区规模增长了约 2.175 倍，分别达到 55 人、120 人、250 人、550 人、1200 人和 2640 人。满足的需求和愿望的百分比假设从传统车间的 1% 开始，以每个阶段 4% 的速度线性增加，分别达到 5%、9%、13%、17%、21% 和 25%。业主经营者数量预计将比社区规模增长略慢。这是因为他们积累了能力更强的设备，可以生产更多产出，因此社区与业主之间的比例可以提高。这些假设要求每个阶段的设备和技能规模和多样性不断增加。
业主经营者预计不会设计太多定制设备。相反，他们会获得之前研究和开发阶段提供的 desain 和说明，在某些情况下还会获得实际的硬件。研发可以与项目阶段并行进行。它将根据需要交付产品 desain，而不是一次性交付所有 desain。个人生产项目的需要有助于确定需要哪些研发。
对外部世界来说，整个项目可以被视为一个具有输入和输出的单一功能框（参见图 4.1-1）。在 desain 过程中，该功能框的边缘被视为系统边界，即我们正在设计的系统与我们没有设计的外部世界之间的逻辑划分（参见图 4.1-2）。然后，可以通过类型将跨越该边界的输入和输出分解为单独的流：能量、食物、水、零件和材料等。然后问题就变成了如何最好地将边界内部的子任务分解为更小的部分。我们选择将之前 3.4 节中描述的参考架构作为我们的方法。这遵循生产-交付-使用概念。首先，我们制造人们想要的产品或服务。由于生产区域通常不是人们居住的地方，因此它会被运送到人们那里。最后，人们使用他们想要的产品。因此，我们第一级的功能是制造东西（生产）、使用东西（居住）和移动东西（运输）。
这不是划分任务的唯一方法，但我们认为这是应用功能相关性规则的逻辑方法。这条规则将相互之间比其他功能更相关的功能组织到一个组中，位于项目的下一级更高层。这样做的一个原因是，它将相关任务的顺序以及它们之间的流放置在更紧凑和更易于理解的布局中。另一个原因是优化相关功能组比一次尝试优化所有功能更容易。相关功能的更改对项目的其余部分影响较小，因此可以独立更新。
前三个功能框中没有足够的细节来确定哪些外部流与它们相连，以及它们之间的流是什么。为了找出答案，我们开始将每个功能分解为更小的部分，识别它们的输入和输出，并重复此过程，直到我们达到足以开发详细 desain 的任务和流。我们没有为我们的四个示例 desain 从头开始创建这种分解，而是采用了 3.4 节中参考架构中的分解作为我们的起点。框和箭头类型的功能流程图有助于理解系统各个部分的连接方式，但它们没有空间容纳完整的描述或技术数据。我们通过在其他数据上使用图中的相同名称和数字作为参考标签，将附加信息链接到图中。
由于工厂将通过添加之前阶段的元素来分阶段增长，因此我们不需要每次都创建一组全新的图。相反，我们的更高级图将基于已完成的项目（1F 阶段）。我们最终将为每个阶段创建下层图的版本，显示上一个阶段中存在哪些项目，以及当前阶段中添加或更改了哪些项目。因此，它们代表项目时间维度的切片，每个切片都显示了当时的物理关系。
生产在我们三个顶级功能中排名第一，因为从逻辑上讲，它先于将产品用于居住空间或运输。然而，在实践中，所有三个顶级功能将主要并行运行。图 4.1-3 显示了对二级功能的简单细分。生产流程的核心是按顺序从提取矿石等原材料，加工成金属合金等成品材料，用这些成品材料制造零件，然后组装成成品。在这些核心步骤中，我们增加了控制功能，以向生产设备发出指令，供应运行所需的电力，并在步骤之间根据需要存储库存。最后，我们把种植有机物作为一个独立的项目，因为生物以一种与人类设计的设备根本不同的方式进行自我生产。
同样，还有其他方法可以将生产功能细分，但我们认为这是一种将相关任务分组的逻辑方式。编号顺序也是任意的，但或多或少按时间顺序排列，以便流程箭头从左到右进行。在这种形式下，图表是不完整的。接下来，我们需要更详细地描述每个功能以及连接它们的流程。这定义了给定功能包含的任务范围。请不要重复引用架构中所有通用的描述第 3.4 节，请参考这些内容，我们将在这里说明差异和补充细节。
生产能力旨在随着扩张阶段而发展。如果我们从早期生产步骤开始，例如仅提取原材料，我们无法交付有用的成品，因为后面的步骤尚未到位。因此，演变从最终交付之前的最后一步开始。由于早期的生产步骤此时尚未到位，我们必须购买更接近成品的零件和材料。例如，如果产品是家具，我们将从购买现成的木材和五金开始，然后制造零件并组装它们。在后期的扩展阶段，我们可能会倒退并添加伐木和锯木厂，以降低材料成本。如果产品是房屋的房间加建，最初我们可能只有木工和泥瓦匠工具来组装房间。挖掘和基础工程将来自拥有更大更昂贵设备的外部来源。以后，我们可以建造自己的挖掘和混合机器来完成这些步骤。
1.1 控制位置 - 此功能提供对个人生产站点和系统的整体控制，包括生产、居住和运输。它以先前研发阶段提供的站点和最终产品的设计作为输入。控制系统自动化程度从传统车间开始，并将按阶段提高。
1.2 供应电力 - 此功能是为项目提供所有形式的电力，并根据需要将其转换为其他形式。最终目标是实现大量盈余。我们预计最初使用传统公用电力，然后添加太阳炉进行直接加热和热存储，并在后期添加光伏、风力涡轮机和生物能源系统，以增加可再生能源并减少对外部的依赖。
1.3 提取材料 - 这包括使用个人生产设备进行本地原材料供应。项目目标是从新的本地供应、内部回收或外部废物来源获得大量材料。随着所需空间超出家庭车库/地下室规模，项目成员可能需要建造新的站点。因此，传统重型设备或自建此类设备是早期优先事项。
1.4 加工材料 - 这包括将原材料转化为成品材料库存。库存已准备好进行存储、零件制造或消费。转化可以使用多种化学、机械、热、电或其他工艺，并作为连续流或单独批次进行操作。早期产出可能包括混凝土、基本金属形状、玻璃和木材，用于基本建筑，并将在后期添加其他产品。
1.5 制造零件 - 这一步骤以加工或存储的成品材料以及外部材料供应作为输入。这些材料被转化为准备组装的成品零件。此功能的早期工艺可能包括铸造金属、玻璃和混凝土形状，以及加工木材和金属零件。在扩展阶段将添加其他机器和工艺。
1.6 存储库存 - 这项任务包括存储目前未使用的材料、零件和已完成的物品。它包括其他生产功能的存储，以及居住和运输的长期存储。由于相似性，我们还在此标题下将环境保护和控制（即建筑物）与其他生产功能以及工业任务的土地归为一类。
1.7 组装元件 - 这包括将零件和材料组合成更高层次的组件（零件集合），从而形成完整的元件。它还包括将元件拆卸以便维护或修改。组装包括制造生产机器和车辆等可移动元件，以及建造建筑物等固定元件。最初，大多数组装零件将来自外部来源，其比例将在各阶段逐渐降低。
1.8 种植有机物 - 这包括种植微生物、植物和动物，直至收获。宠物和观赏植物不包含在此类别中。它们被归类为居住中的个人物品。种植有机物包括种植生物产品的土地空间，包括居住区域内。此土地包括所有权、租赁权和收获权。土地可能最初处于未开发状态，并用于开采，然后升级为其他用途。
整个个人生产项目旨在满足所有者/运营者和当地社区的一些需求和愿望。这包括食物、住所和公用设施等必需品，以及一些用于爱好和娱乐的可选物品。生产功能提供实物物品和主要服务。居住功能提供使用这些物品的位置。居住包括所有类型的非生产和运输任务的人类居住空间。生产和运输可能包括居住元素。例如，工厂建筑物可能包括供在那里工作的人使用的洗手间，客车可能包括供暖和制冷设备。它们是出于必要包含的，但不是这些元素的主要目的。相反，厨房是材料加工区域，可能与生产区域材料加工共用诸如炉子（烤箱）和搅拌器之类的设备类型。但厨房的最终目的是为人们提供食物和饮料，而不是制造其他类型的产品，因此它被归类为居住标题。
居住包括住宅、商业和公共使用空间。无论用途如何，建筑物都共享共同部分，如基础和屋顶，并且某些建筑物可以混合使用。因此，我们的功能细分是根据满足的人类需求类型，而不是根据建筑物的用途。自然环境通常对人类来说不舒服，有时甚至对人类来说是敌对的，因此我们创造了住所来修改环境以符合我们的喜好。从功能上讲，我们将此细分为被动元素，它们保护我们，以及主动元素，它们控制和修改当地环境。一旦我们拥有安全舒适的环境，我们接下来将以食物和饮料的形式以及保持健康的方式，为人体内部需求提供保障。像住所和食物这样的基本物品是每个人生活所必需的，但除此之外，大多数人大部分时间和占用的空间都用于其他更可选和更多样化的活动。我们将支持这些活动的活动分为物理方面，即家具和服装等个人物品，以及信息方面，即不与特定物理物品挂钩。一旦我们更详细地定义了这些各种功能，它们的必需输入和输出就会成为生产功能需要满足的需求。
个人生产的目标是在 1F 阶段结束时满足人们需求和愿望的 25%。因此，下面列出的下一层功能中的大多数都得到传统方式的支持，例如有偿工作、储蓄和退休收入。早期的居住建筑要么已经被社区成员占用，要么是从市场上购买的。在后期的项目阶段，我们可以开始升级和建造我们自己的建筑。在设计过程的后期，我们将确定哪些产品和服务最容易提供，并为投入的努力带来最大回报。然后，这些产品和服务将优先实施。
2.1 防护外部环境 - 这包括被动地保护人和其他居住元素免受天气、水、昆虫和其他外部因素的影响。它还包括所有居住元素的结构支撑，其下方土地，以及室外防护服。
2.2 控制内部环境 - 此功能涵盖积极管理防护壳内部环境，包括温度、湿度、照明和其他因素。它包括控制和传感器、产生环境变化的主动硬件、照明、窗户、窗帘和紧急系统。
2.3 提供食物和饮料 - 这包括在使用点供应食物和饮料材料、当地存储、食物准备、服务、用餐以及处理食物和饮料废物。
2.4 保持健康 - 人员被视为项目的基本要素。此功能是考虑人员及其输入和输出的最相关地方。它还包括睡眠、卫生、锻炼、个人清洁、内部环境清洁、过滤、健康监测、急救、紧急服务以及检查和治疗的任务。
2.5 提供个人物品 - 这包括私人生活和存储空间的内部空间、公共/社区空间以及商业空间。它还包括所有这些空间的物理内容以及装饰/非防护性服装。
2.6 提供信息 - 这包括所有形式的通信、存储和处理，用于个人、商业、教学、娱乐或一般信息。 它不包括生产运营信息，尽管它们可能共享硬件和软件元素。
运输是第三个顶级功能。 这是必需的，因为供应来源、生产地点和最终使用地点可能都不相同。 社区需求和愿望中只有一部分由内部生产供应，因此我们需要从外部来源进口剩余部分。 我们还需要交付一些物品进行贸易或出售，在现场内部移动物品，以及社区成员需要从一个地方到另一个地方，无论是工作还是出于个人选择。 所有这些移动都可能使用类似的运输要素，因此我们根据运输物品的类型而不是其目的地来组织其下层功能。 运输要素可以是移动的，也可以是固定的（如道路），并且可以由项目所有或由其他实体所有。 项目拥有的要素可以是定制设计，而未拥有的要素通常不是。 一种共享设计，例如一辆公用卡车，可以服务于不同的货物类型。 任务的功能划分允许分析每个任务的需求，然后考虑专门的或共享的设备来满足这些需求。
与生产和居住一样，社区的总运输需求中只有一部分由项目要素在内部满足，其余部分由传统方法提供。 以下功能代表总需求。 后续的设计工作将确定项目将满足哪些部分。
3.1 运输散装货物 - 这包括散装固体，包括进出货或在项目地点之间交付。 它包括待售物品或用于内部扩张和维护的物品。 散装物品在运输过程中不需要特殊包装或保护。
3.2 运输离散货物 - 这包括在运输过程中需要保护免受环境、冲击和振动影响的单个物品。 它们可能需要特殊包装以保护物品相互之间。 离散货物通常较小，因此多个物品可能在一次运输中交付。
3.3 运输人员 - 这包括在项目地点之间以及到外部目的地和从外部目的地运输人员。 它还包括在场地内部运输，但本例中场地的规模大多数不需要它。 人类与离散货物具有许多相同需求，此外还希望获得更高的安全级别和舒适度、时间表优先级以及可选的手动控制。
3.4 运输能量 - 这包括有线和无线电力分配，以及便携式电源，如电池和储存的热能。
3.5 运输液体和气体 - 这些物品需要封闭的容器或固定管道进行交付。 它包括水、天然气和液体燃料等物品。
3.6 运输数据 - 这包括所有形式的所有类型数据，包括电子和非电子数据。 法律权利和金钱通过数据交付，因此它们包含在此处。