ESTRUTURA E PROCEDIMENTO PARA USO INTEGRADO DE SOFTWARES DE PROGRAMAÇÃO DA PRODUÇÃO E DE SIMULAÇÃO EM ATIVIDADES DE ENSINO

ESTRUTURA E PROCEDIMENTO PARA USO INTEGRADO DE SOFTWARES DE PROGRAMAÇÃO DA PRODUÇÃO E DE SIMULAÇÃO EM ATIVIDADES DE ENSINO Daniel Abrahao Martins (UNESP) daniel.abrahaom@gmail.com Marcelo Castanharo (UNESP) mcastanharo@hotmail.com Renato de Campos (UNESP) rcampos@feb.unesp.br Jose de Souza Rodrigues (UNESP) jsrod@feb.unesp.br A programação da produção caracteriza-se como uma das mais difíceis tarefas relacionadas ao planejamento, devido a necessidade de combinar os diferentes recursos na linha de produção. A complexidade se deve ao grande número de variáveis envolvidas e eventos inesperados no chão de fábrica (como quebra de máquinas, faltas não previstas de materiais ou de operários, etc.). Para o suporte à atividade de programação pode-se utilizar Sistemas Avançados de Planejamento ou APS (Advanced Planning and Scheduling), porém eles não tem flexibilidade para considerar eventos aleatórios. Outro tipo de software são os de simulação, os quais geralmente são considerados no projeto de sistemas produtivos, e apresentam uma maior capacidade para incorporar aleatoriedades e dados com distribuições de probabilidades em variáveis de um modelo. Os dois tipos de softwares podem ser utilizados em conjunto em um ambiente real de empresa, mas também se vislumbra o uso integrado desses softwares no ensino, aprendizagem e prática da Programação da Produção em cursos tais como de Engenharia de Produção ou Administração. O objetivo deste trabalho foi criar uma estrutura e procedimentos para utilização de softwares de programação da produção e de simulação para o uso integrado em disciplinas com esse conteúdo em sua ementa. A estrutura e procedimento projetados permitirão não só complementar a teoria simulando e discutindo um modelo mais próximo do real, como também desenvolver habilidades

técnicas com o uso de softwares de programação e simulação da produção utilizados na prática pela indústria. Palavras-chave: Programação da Produção, Simulação, Arranjo Físico, Sistemas APS 2

1. Introdução Visando criar melhores condições para o ensino e aprendizagem, alternativas de uso da simulação, de vários tipos, vêm sendo propostas em diversas áreas do conhecimento. Em cursos de engenharia de produção a situação não é diferente (YAZICI, 2006; CARDOSO, 2006; NCUBE, 2010). No sentido de se criar meios para o ensino em gestão da produção, está sendo desenvolvido na Faculdade de Engenharia de Bauru um Ambiente Simulado de Produção. Este ambiente é constituído de cenários e infra-estrutura física apropriados para a simulação de processos produtivos, e assim usar de forma integrada sistemas que apoiem a gestão e controle da produção. Várias configurações e práticas pedagógicas poderão ser realizadas nesse laboratório didático. Dentre as atividades de Gestão da Produção, a Programação da Produção caracteriza-se como uma das mais difíceis tarefas relacionadas ao planejamento da produção, devido a necessidade de combinar os diferentes recursos presentes na linha de produção. Esta atividade visa criar o cronograma para a realização de operações, sendo uma tarefa complexa e ao mesmo tempo fundamental (SLACK et al., 2009). Para o suporte à atividade de Programação da Produção pode-se utilizar Sistemas Avançados de Planejamento da Produção ou Sistemas APS (Advanced Planning and Sheduling)(GIACON; MESQUITA, 2011). Outro tipo de software, geralmente considerado no projeto de sistemas produtivos, são os softwares de simulação a eventos discretos (HERNANDEZ; LIBRANTZ, 2013; SILVA et al., 2013). Considerando as características complementares dos dois tipos de softwares, eles podem ser utilizados em conjunto em um ambiente real de empresa, mas também se vislumbra o uso integrado desses softwares no ensino da Programação da Produção em cursos que abordem o tema. Este artigo apresenta uma proposta de o uso da simulação de forma integrada a possíveis práticas pedagógicas utilizando possíveis cenários de um Ambiente Simulado de Produção de um laboratório didático, tal como o uso da simulação para apoio a decisões de planejamento e controle da produção, e assuntos relacionados como gestão de estoques e projeto de arranjo físico. 3

O objetivo específico foi criar uma estrutura e procedimentos para utilização de Sistemas Avançados de Planejamento da Produção (APS) e Sistemas de Simulação de forma integrada visando atividades pedagógicas relacionadas à Programação da Produção para o uso didático em disciplinas que tenham esse conteúdo em sua ementa. 2. Revisão teórica Esta seção apresenta uma sintese da teoria acerca dos principais temas desse projeto, e necessários para a compreensão das propostas e atividades pedagógicas apresentadas. 2.1 Arranjos físicos Existem três motivos principais que tornam as decisões sobre arranjo físico importantes. O primeiro é que essas decisões afetam diretamente na capacidade da instalação e a produtividade das operações. O segundo é a quantidade de dinheiro envolvido quando o assunto é arranjo físico, dependendo da área afetada e das alterações físicas necessárias nas instalações, entre outros fatores. O terceiro é que as mudanças podem representar elevadas dificuldades técnicas para futuras reversões, e podem causar interrupções indesejáveis no trabalho (MOREIRA, 2002). De acordo com Silva e Rentes (2012), citando Gonçalves Filho (2005), a eficiência de um sistema de produção está relacionada com 4 variáveis que atuam dependentemente uma das outras, as quais são: a tecnologia de fabricação empregada; um bom layout; mão-de-obra treinada e motivada; e um bom gerenciamento. Por exemplo, para um melhor relacionamento entre equipes, deve-se optar com um layout celular; se o objetivo é a produção de produtos padronizadas e em grandes volumes, a melhor escolha será o layout por produto (ou em linha). Slack et al. (2009) citam 4 principais tipos de arranjos físicos: - Arranjo físico posicional: utilizado quando o recurso transformado não se move entre os recursos transformadores. Por exemplo, uma cirurgia de coração; - Arranjo físico funcional: cada produto ou cliente flui de uma maneira diferente dentro do ambiente, de modo que cada um irá realizar uma sequência necessária para a sua produção ou atendimento de sua necessidade, que será diferente do fluxo do próximo produto ou 4

cliente. Por exemplo, hospitais e supermercados; - Arranjo físico celular: definido como uma tentativa de trazer alguma ordem para a complexidade de fluxo que caracteriza o arranjo físico funcional, pois nele todos os recursos produtivos necessários para a produção ou realização de alguma função são reunidos em um único ambiente, criando-se uma célula. Esta célula pode ser arranjada de acordo com um arranjo funcional ou por produto. Exemplo desse tipo de arranjo é a maternidade em um hospital; - Arranjo físico por produto: a matéria-prima ou cliente segue um cronograma preestabelecido mostrando por quais recursos ele fluirá. Geralmente, não há grandes variações nesses cronogramas, e tal arranjo é mais utilizada para a produção em massa. É possível observar uma relação entre a variedade de produtos produzidos ou de serviços prestados e o volume em que esses são produzidos. Tal relação encontrase na figura 1 Figura 1 - Conceito de arranjo físico em função da característica Volume-Variedade Adaptado de Slack et al. (2009) 2.2 Programação da produção Como todo sistema complexo, dependendo da quantidade de variáveis e do grau incerteza, uma estrutura de decisão com um maior ou menor número de níveis de planejamento deve ser projetada para o sistema de produção (VOLLMANN et al., 2008). Assim, pode-se dividir a 5

parte de planejamento de acordo com o horizonte de tempo para que ele foi feito: planejamento de curtos, médios e longos prazos. Os planejamentos de curtos e médios prazos envolvem um maior foco na parte de controle, mas sempre sendo guiado pelas metas estabelecidos pelos planejamentos de longo prazo, sendo que esses que vão ditar as condutas e as tomadas de decisão feitas durante o controle (SLACK et al., 2009). A programação, realiazada no curto prazo, caracteriza-se como uma das mais difíceis tarefas relacionadas ao planejamento da produção, devido a necessidade de combinar os diferentes recursos presentes na linha de produção com os operários, e como cada recurso e operário possuem diferentes capacidades produtivas, a tarefa de criar o cronograma para a realização delas, buscando determinar horários e datas específicas para o início e conclusão dos pedidos, mostra-se como uma tarefa complicada e ao mesmo tempo fundamental (SLACK et al., 2009). O sequenciamento realizado na programação da produção é baseado em regras predefinidas pela organização, onde está determinado quais são as ordens de produção que terão prioridade sobre as demais e como os diferentes pedidos serão processados, visando a maximização dos recursos e sem ultrapassar a capacidade produtiva de cada recurso, ou seja, as suas restrições físicas. Pode-se priorizar as ordens de produção de acordo com: datas prometidas, prioridade do consumidor, graus de urgência, entre outros critérios. De acordo com Slack et al. (2009), pode-se programar uma operação de diversas formas: i) De frente para trás: onde os pedidos começam a ser feitos o mais cedo possível; i) De trás para a frente: os pedidos são feitos o mais tarde possível, sem prejudicar a data de sua entrega; iii) Por prioridade: os itens, pedidos ou consumidores mais importantes são processados antes dos demais, independentemente da sua ordem de chegada pelo fato desses terem uma prioridade maior que os outros; iv) Padrões de trabalho: usado em atividades em que o recurso principal são as pessoas. Assim, essa programação visa garantir que sempre haverá a quantidade certa de pessoas 6

trabalhando, a fim de atender a demanda exigida para determinados horários. 2.3 Sistemas APS A programação e o controle da produção contam com o suporte dos sistemas APS (Advanced Planning and Scheduling), que são softwares avançados de Planejamento e Controle da Produção (SOUSA, 2012). Eles são capazes de considerar uma quantidade enorme de variáveis e restrições ao ambiente produtivo, gerando planos de execução viável (GIACON; MESQUITA, 2011; FAE; EARHART, 2005). Segundo Teixeira Júnior (2008), os sistemas APS possibilitam automatizar o controle da produção, fornecendo on-line uma visão geral de todo o andamento da produção e situação dos recursos produtivos, permitindo re-programar automaticamente os programas de produção gerados respondendo instantaneamente, e de forma efetiva, a qualquer variabilidade que possa ocorrer no ambiente produtivo. Com isto o APS permite rastrear a produção dos produtos que estão sendo produzidos fornecendo minuto-a-minuto a posição da produção. 2.4 Modelagem e simulação De acordo com Harrel et al. (2000), a simulação baseia-se na imitação de um sistema, criando um modelo para ser executado em um computador para ser posteriormente avaliado, visando melhorar o seu desempenho. A simulação cria uma história artificial da realidade, através de sua modelagem, e a partir dessa podem ser realizadas observações a respeito do sistema representado (BANKS, 2000). Assim, através da simulação é possível criar novos ambientes ou experimentar novas opções para ambientes já existentes, sem precisar muda-los na realidade, o que poderia a vir causar problemas. Lobão e Porto (1997) remetem a importância de se simular um sistema antes colocá-lo em prática, pelo fato de através da simulação ser possível prever alguns resultados decorrentes de tais sistemas, como por exemplo, acidentes ou falhas decorrentes ou a possibilidade de economizar grandes quantidades de recursos. Caso um sistema simulado mostre-se insustentável economicamente, este não deverá ser implementado, e se ele fosse implementado antes de ser simulado, recursos seriam desperdiçados. Os motivos para adotar modelos de simulação para a realização de projetos está relacionado 7

ao fato de ser possível criar o sistema em um modelo computacional, testando o seu funcionamento, medindo suas variáveis que se mostrarem importante, como a capacidade de produção, identificando se o processo é viável ou não, e se esse pode ser melhorado, com a identificação e tratamento de um gargalo, por exemplo (SAAD, 2003). 3. Desenvolvimento do trabalho Após a apresentação do cenário geral e modelo conceitual a ser usado para simulações, o procedimento para uso integrado de sistemas APS e software de simulação é descrito, seguido de uma breve descrição da entrada de dados relacionado a este procedimento. 3.1 Descrição do cenário geral e modelo conceitual de processos Foram desenvolvidos três layouts produtivos distintos, o primeiro para linha de produção com layout em linha (ou por produto, conforme Figura 2), o segundo para uma produção com layout por processos e o último para uma com arranjo físico celular. Nos layouts de produção desenvolvidos, a matéria-prima para fabricar P1, P2 e P3 chegam no Estoque Inicial através de um fornecedor externo, e de início, o Controle de Qualidade presente nos processos rejeita 2% dos produtos fabricados, escolhidos aleatoriamente pelo software, sendo que o layout não interfira nessa taxa de refugo. No processo de embalagem, os produtos serão agrupados em pacotes que contém 5 produtos. Também assumiu-se inicialmente que tudo o que é produzido, é vendido, após permanecerem algum tempo no Estoque Final do processo. Figura 2 Representação do processo produtivo em linha 8

Os produtos P1, P2 e P3 são engrenagens que passam por processos de Tratamento Térmicos em fornos que operam em lotes de 5 unidades por vez. Seguindo para um processo de limpeza feito por um Jato de Granalha e em seguida P1 passa por um processo de torneamento, indo posteriormente para uma Retifica, enquanto que P2 e P3 vão direto para a Retifica, sem passar pelo Torno. Logo, os produtos vão para um Controle de Qualidade, Embaladora (onde são agrupados em pallets) e, por fim, chegam ao Estoque Final onde são armazenados e são vendidos, saindo do ambiente produtivo. A demanda dos produtos adotada inicialmente é de 40 unidades semanais de cada um deles, começando a receber a matéria-prima para eles no momento 0h00 como um frequência de chegada a cada 168 horas, o que é equivalente a uma semana. Nos processos produtivos, as capacidades dos recursos produtivos tal como os tempos de processamento dos produtos (ou lead-time) são iguais para todos os processos desenvolvidos, a fim de se poder criar comparações entre os resultados obtidos no final de cada processo, analisando os efeitos dos diferentes layouts de produção sobre o processo produtivo. As diferenças estão na velocidade de deslocamento das peças em cada tipo de layout, e se os produtos utilizam ou não os mesmo recursos para serem produzidos. As capacidades de cada recurso e os tempos de processamento estão expressos na Tabela 1. Tabela 1 Tempo dos produtos em cada processo Tempo dos produto em cada processo (horas) Processo P1 P2 P3 TratamentoTérmico 19 18 13 9

Jato de granalha 2 3 2,5 Torno 4 0 0 Retifica 3 4 2 Controle de Qualidade 3 2 5 Embaladora 2 2,5 1 A Disponibilidade Semanal foi calculado multiplicando as quantidades de horas presentes em uma semana (168 horas) pela quantidade de recursos disponíveis e pela capacidade de cada recurso. As capacidades de produção dos recursos presentes na linha de produção estão expressas na Tabela 2. Tabela 2 Capacidade de produção dos recursos dos processos. Capacidade de Produção (horas) Recurso Quantidade Capacidade Disponibilidade Semanal (horas) TratamentoTérmico 3 5 2520 Jato de Granalha 3 2 1008 Torno 3 1 504 Retificadora 3 1 504 Controle de Qualidade 1 5 840 Embaladora 1 15 2520 3.2 Definição da estrutura conceitual e fluxo de dados Para este trabalho foram definidos o software de simulação Promodel (HARREL et al., 2000) e o sistema avançado de planejamento da produção Preactor (www.tecmaran.com), por estarem disponíveis e serem dos mais completos e utilizados na academia e indústria. Para viabilizar a aprendizagem mais prática da Programação da Produção com uso de Sistemas Avançados de Planejamento, ou sistemas APS, integrados software a um de simulação a eventos discretos, chegou-se a estrutura conceitual apresentada pela Figura 3. 10

Figura 3 - Estrutura conceitual para uso integrado dos sistemas APS e de Simulação Baseada na estrutura apresentada, o procedimento geral para uso da estrutura consiste em: i) Baseado no Modelo de Produção Fictício, os dados/variáveis relacionados aos possíveis cenários do Ambiente Simulado de Produção devem ser inseridos no sistema APS, o qual deve funcionar como um sistema de apoio à programação da produção; ii) Como saída do sistema, deve-se gerar um relatório de resultados esperados; iii) Os mesmos dados do modelo fictício inseridos no Sistema APS devem ser inseridos no Promodel, porém acrescidos de aleatoriedades e/ou variações conforme distribuições que retratem eventos reais não esperados/previstos, típicos de um sistema de produção físico; iv) A Programação da Produção gerada no sistema APS deve ser entrada para o software de Simulação; v) Como saída, deve-se gerar relatórios com informações/indicadores iguais e/ou semelhantes 11

ao do Preactor; vi) Com os dois relatórios, pode-se partir para a comparação e análise de resultados, possibilitando discussões sobre a teoria com base nas simulações. Para ilustrar a estrutura e o procedimento propostos são apresentados nas seções seguintes algumas entradas de dados e os possíveis relatórios envolvidos no Preactor e Promodel. 3.4 Entradas de dados e relatórios do Preactor Como já relatado, a princípio não são utilizadas todas as funcionalidades e dados possíveis no software, porém esse conjunto representa a principal parte dos dados possíveis de uso. Como saídas do software, são apresentados exemplos de gráficos e relatório. A Figura 4 focaliza a janela usada para o cadastro dos recursos no Preactor, no caso para o Torno 1. Figura 4 - Janela de edição de recursos (Torno 1) 12

Para se considerar os diferentes layout de produção no Preactor, sugere-se o uso do conceito de Grupo de Recursos, e assim facilitar e ajudar na consistência das programações a serem realizadas no futuro. A Figura 5 apresenta especificamente a janela para definição do grupo de recursos para Arranjo em Linha 1. A Figura 6 ilustra do cadastro para o grupo de recursos para arranjo por processos para as Retificadoras, bastando apenas clicar em Adicionar. Ao se utilizar o grupo para a programação, qualquer uma das retificadoras poderá ser utilizadas. Figura 5 - Janela para cadastro de grupos de recursos (Arranjo em Linha 1) Figura 6 - Janela para cadastro de grupos de recursos (Retificadoras) 13

A Figura 7 mostra em detalhe a janela para definição dos dados de operações, no caso a operação de retificação para o Produto P1 (Arranjo em Linha 1). Figura 7 - Janela para dados de operações (Retificação de P1 no arranjo de Linha 1) Detalhes da edição de ordens e tempos de operação são apresentados na Figura 8. Na Figura 9 são apresentadas opções de regras de sequenciamento para a programação das ordens de 14

produção. Figura 8 - Detalhes da edição de ordens e tempos de operação Figura 9 - Opções de regras de sequenciamento para a programação das ordens de produção 15

Após a programação da produção, pode se obter gráficos e relatórios de desempenho. A Figura 10 ilustra a tela de visualização de uma programação da produção. A Figura 11 apresenta um relatório gerado pelo Preactor contendo informações gerais como quantidade e percentual de ordens em dia, atrasadas, incompletas e iniciadas, além de informações complementares, como sobre atrasos, antecipações, set up e lead time, assim como dados sobre a utilização dos recursos. Figura 10 - Tela de visualização de programação da produção Figura 11 - Relatório de performance métrica da produção do Preactor 16

3.5 - Entrada de dados e relatórios do Promodel A seguir são ilustrados sinteticamente a modelagem, simulação e possíveis relatórios resultantes da entrada dos mesmos dados do modelo fictício de produção (seção 3.2) no Promodel. A modelagem do processo de produção com layout em Linha com o Promodel está representado na Figura 12, e corresponde ao modelos da Figura 3 (modelo fictício de produção) e ao exemplo de entrada de dados para programação com o arranjo em linha no Preactor (Figura 5). Com a simulação pode-se analisar variáveis por meio de gráficos, como o da Figura 13 mostrando a ocupação e ociosidade de capacidades para as retificadoras e tornos. Esse tipo de quadro aponta a utilização de recursos produtivos presente no modelo, sendo que R1, R2 e R3 são respectivamente as retíficas da primeira, segunda e terceira linha de produção, valendo o mesmo para o torno. Na Figura 13 estão expressos a porcentagem dos recursos que estavam sendo utilizados (indicado bela barra verde), ocioso (barra azul) ou bloqueado por alguma razão (barra rosa). 17

Figura 12 - modelo de simulação do processo produtivo em linha feito no promodel 18

Figura 13 Utilização dos recursos de produção (arranjo em linha) Os resultados da simulação com o Promodel também podem ser obtidos por meio de relatórios, como ilustra a figura 14 para resultados gerais da simulação. Figura 14 Relatório com informações gerais de simulação (Arranjo em Linha) 19

Esse relatório disponibiliza informações sobre o total de saídas de materiais ou produtos (neste caso, produção de P1, P2 e P3), tempo médio de permanência dos materiais/produtos no sistema de produção, tempo médio de processamento em máquinas, e possivelmente o custo médio de produção. A modelagem do processo de produção com layout por Processo com o Promodel é feita de forma similar, obtendo-se os mesmo tipos de dados no formato de gráficos e relatórios. 3.6 Possíveis Aleatoriedades para a Simulação a Eventos Discretos O Promodel apresenta a possibilidade de se utilizar uma distribuição de probabilidades para variáveis nos modelos simulados. Considerando o modelo de processo do Ambiente Simulado de Produção, poderiam ser acrescidos no Promodel aleatoriedades e/ou variações que retratem eventos reais não previstos, típicos de um sistema de produção físico, como: - diferentes perfis de demandas de produtos; - possíveis atrasos em datas de entrega de materiais; - faltas não previstas de materiais, como perdas de materiais por baixa qualidade; - faltas e disponibilidade de operários; - número e capacidade de máquinas - quebras e ineficiências de máquinas; - tempos de processamento de operações. Os resultados poderiam ser comparados com os resultados da programação com o Preactor, que considerou valores determinísticos, por meio de relatórios. 4. Considerações Finais O objetivo deste trabalho foi criar uma estrutura e procedimentos para utilização de softwares de programação da produção e de simulação para o uso integrado em disciplinas com esse conteúdo em sua ementa. Foram utilizados os softwares Preactor e Promodel, por serem dos mais completos e utilizados na indústria, porém em outros casos ou unidades de ensino superior pode-se utilizar outros software semelhantes. A estrutura proposta está representada 20

na Figura 2. Os mesmos dados de um cenário fictício de produção são inseridos no Preactor e no Promodel, porém acrescidos de aleatoriedades ou variações que retratem eventos reais não previstos. A programação da produção gerada no Preactor é entrada para o Promodel. Após a simulação, é gerado um relatório, semelhante ao gerado com o Preactor, o que permite comparações, análise e discussões sobre o comportamento do sistema produtivo simulado. Assim, a estrutura e procedimentos projetados permitem não só complementar a teoria simulando e discutindo um modelo mais próximo do real, como também permite desenvolver habilidades técnicas com o uso de softwares profissionais de programação e simulação da produção utilizados na prática pela indústria. Como trabalhos futuros, é interessante trabalhar visando a integração de dados de outras áreas funcionais típicas de uma empresa, como custos, integrando outros sistemas como um MRP ou ERP. Muito importante é acompanhar e avaliar em sala de aula se os alunos tem percepção de melhoria de aprendizado e satisfação com os procedimentos. Referências BANKS, J. Introduction to simulation. Winter Simulation Conference, Orlando, USA, 2000. CARDOSO, P. A. Interdisciplinaridade na prática: a experiência da aplicação do software preactor como ferramenta de integração curricular no curso de graduação em engenharia de produção. Revista Gestão Industrial, v. 03, n. 01: p. 102-111, 2007. FAÉ, C. F.; EARTH, A. A Introdução de ferramentas APS nos sistemas de Planejamento, Programação e Controle da Produção. In: XXV Encontro Nacional de Engenharia de Produção ENEGEP, 2005. Porto Alegre- RS. Anais... GIACON, E.; MESQUITA, M. A. Levantamento das práticas de programação detalhada da produção: um survey na indústria paulista. Gestão e Produção, São Carlos, vol.18 no.3, 2011. HARREL, C. R.; GHOSH, B. K.; BOWDEN, R. Simulation Using ProModel. McGraw-Hill, 2000. HERNANDEZ, M. A. G.; LIBRANTZ, A. F. H. Reduction of the inventory in a packaging industry using discrete events simulation. In: ICIEOM/CIO, 2013, Valladolid, Spain. Proceedings... LOBÃO, E. C.; PORTO, A. J. V. Proposta para sistematização de estudos de simulação. XVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção - ENEGEP. Gramado, RS, 1997. MOREIRA, D. A. Administração da Produção e Operações. 5. ed. São Paulo: Editora Pioneira, 2000. NCUBE, L. B. A. Simulation of Lean Manufacturing: The Lean Lemonade Tycoon 2. Simulation & Gaming. v. 21

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