CN102521459A - 一种钣金件自动集成套料***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钣金件自动集成套料***以及方法，具体地根据客户需求，基于三维设计软件建立产品的零件模型数据库；通过读取零件模型数据库中的零件模型和工艺信息，分组选择创建套料任务；读取采购清单数据库，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据根据所筛选的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建内部套料任务；按照板材使用数量最少的原则，将内部套料任务中的待套零件按互不重叠的布局要求，依次布置在板材上；定义零件的切割路线，并对切割进行模拟，生成数控切割指令，发送至数控机床。解决了目前套料设计与制造数据以及板料库存在不同步的问题，具有数据同步，提高工作效率等优点。

Description

一种钣金件自动集成套料***及方法

技术领域

 本发明涉及钣金件套料的设计以及管理领域，具体地来说为一种钣金件自动集成套料***，以及包括采用钣金件自动集成套料***进行套料的方法。

背景技术

自动套料集成***应用范围涵盖船舶、汽车、钢结构、机械等众多重点产业领域，主要用于产品设计部门以及相关科研机构、制造工厂等单位的钣金件套料设计和制造，套料设计的质量直接影响到产品大部分的制造成本，上述行业的企业单位所承担重大工程建设往往离不开套料设计，料设计技术难度不高但是具有工作量大的特点，在人工成本越来越高的今天，由计算机代替人工作套料设计和管理，能够大大降低成本。此外，为了保证产品性能和质量，也需要进入自动化程序控制，降低人为因素导致失误所带来的重大经济上的浪费。例如在船舶市场：目前，我国已跃升为世界第二大船舶制造国，船舶产品制造需要消耗大量的钢板来制造船体和舾装中间产品。随着源材料价格的上涨，船厂对套料设计的精度和质量问题越来越重视，迫切需要从设计到制造对钣金件制造的成本、质量、周期进行自动化监控和管理的信息化一揽子解决方案；钢结构市场：近几十年，建筑、交通等基础建设项目如雨后春笋般在全国各地陆续上马，这些项目的建设特别依赖钢铁材料，通过对钢铁的切割和装焊，制造成产品中的各式各样的零部件，随着技术的发展，自动套料软件集成产品应用到钢结构市场，是科技发展的方向，也是传统工业集约化转变的必然和要求。在机械市场：2010年，我国成为超越美国后的汽车产销量第一大国，汽车和相关重型装备需求旺盛。作为占成本重要比重的钢材，是制造汽车及相关设备的重要源材料。板材的利用率和切割质量直接影响到最终产品的成本和质量。

自动套料集成***迎合了当前企业大力开展信息化建设的趋势，解决企业设计和制造信息化建设脱节的问题，改变设计和制造各自为政，信息沟通不畅的问题，具有操作简单、自动化、实用性强的特点。与传统文件数据传递的方式相比，各***之间数据传递自动化控制，不需要专人做大量机械重复劳动，提高了工作效率，是一种在国内领先，具有很好应用前景的产品。

   然而，目前国内公开报道的文献范围内，计算机辅助自动套料集成设计方面的应用有相关文献报道，但未见基于数据库进行自动套料设计和制造集成的文献报道；也未见在三维设计软件CADDS5、自动套料软件SigmaNest、物料管理***、车间作业控制***之间实现一体化集成的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钣金件自动集成套料***及方法，解决目前船舶、汽车、钢结构、机械制造行业套料设计与制造数据以及板料库存在不同步的问题。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种钣金件自动集成套料***，通过接受生产管理部门提供的中间产品的零件模型和工艺信息对套料进行设计和管理，其特征在于，包括：

一采购清单数据库，用于存储所采购板材物资的结构化信息；

第一存储服务器，用于存储采购清单数据库的信息；

一零件模型数据库，用于存储待套零件模型和工艺信息；

第二存储服务器，用于存储零件模型数据库的信息；

套料处理器，与第一存储服务器和第二存储服务器网络通讯连接，包括：

套料任务管理模块，用于从第二存储服务器中读取待套零件模型及工艺信息，分组选择创建套料任务；

板材库管理模块，读取第一存储服务器中的采购清单，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据并输出至套料任务管理模块；套料任务管理模块接受板材库管理模块的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建多个内部套料任务；

套料设计模块，读取套料任务管理模块中的套料任务，根据套料任务，将待套零件布置在板材上，并对布置好的板材定义零件切割路径，模拟切割场景，生成数控切割指令，发送至数控机床。

所述零件模型数据库是基于CADDS5三维生产设计平台所设计的零件模型数据。

套料任务管理模块包括：

一数据读取集成中间体，用于获取并还原零件模型数据库中CADDS5格式的三维零件模型和工艺数据；

一待套零件选择模块，根据工艺数据和还原的零件模型，将待套零件按照工程编号、零件名称、分段号、厚度、材质、备注、批次号分组选择并创建多个套料任务；

一自动配对模块，用于将套料任务中同材质、厚度的零件和板材自动配对成为多个内部套料任务。

板材库管理模块包括：

一板材库集成中间件，用于将从采购清单中筛选出的板材数据从板材规格模式转换为板材的厚度、宽度和长度，计算出板材的面积；

一被套板材统计模块，用于统计被套的板材数目，计算采购清单数据库中所剩板材。

进一步本发明***还包括余料设计模块，用于生成余料，输入余料命令裁剪余料，并将裁剪后的余料信息输出至板材库管理模块作为下一次可利用板材。

进一步本发明还包括套料信息发布模块，套料信息发布模块接受存储套料设计数据并通过套料设计数据发布中间件，将套料设计数据传送至车间作业控制***，所述套料信息包括套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单和NC代码清单。

本发明还提供一种钣金件自动集成套料方法，根据生产管理部门提供的中间产品以及零件模型和工艺信息对套料进行设计和管理，其特征在于包括如下步骤：

1)根据客户需求，基于三维设计软件建立产品的零件模型数据库；

2)读取零件模型数据库中的零件模型和工艺信息，分组选择创建套料任务；

3）读取采购清单数据库，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据；

4）根据所筛选的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建内部套料任务；

5)按照板材使用数量最少的原则，将内部套料任务中的待套零件按互不重叠的布局要求，依次布置在板材上；

6)对步骤5）布置零件的板材定义零件的切割路线，并对切割进行模拟，生成数控切割指令，发送至数控机床。

步骤3)还包括：

将采购清单的板材规格转换为板材的厚度、宽度、长度，计算出板材面积的步骤；

统计所用板材并计算采购清单中所剩板材的步骤。

进一步本发明方法还包括在生成数控切割指令前，对余料进行管理的步骤，具体为根据余料的最小长、宽度、与零件的间隔距离裁剪余料，并将裁剪后的余料进行信息化归类作为下一次套料使用。

本发明方法还包括将套料设计数据传送至车间作业控制***，指导车间排产、切割、加工的步骤，其中套料设计数据包括下料车间需要的套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单和NC代码清单。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、套料设计实现了数据同步：原有的套料设计采用手工转换模式，每次读取套料零件都需要作大量的手工转换工作，本发明***可以从零件模型数据库中自动读取零件模型和零件的重要工艺参数，就可以达到同样的目的，操作简单，时间周期缩短，产品质量得到保障。

2、板料库存和设计数据的同步：原有的套料设计采用手工导入模式，对仓库里的板料库存情况不能同步更新，本发明***可以从仓库***中实时获取最新的板料库存，避免了板料重复导入，套料板和库存板料不一致的情况出现。

3、套料设计快速出图：原有的手工出图模式费时费力，需要设计人员花费大量时间绘制底图，填写零件表。本发明***根据用户定制的模板，从套料***中抽取套料数据，自动生成封面、零件表、材料表、排版图，极大的简化了编制套料图的工作，缩短了套料设计的周期，提高设计效率。

4、过去的套料图设计虽然采用计算机辅助生成，但是对于数控设计仍沿用人工读坐标，人工输入数据的方法，因此容易发生差错，从而影响了零件的套料周期，延误了生产。采用了本***提供了数控设计、模拟切割、NC代码生成等功能，不仅大大加快了套料的进度，而且能有效地保证生产的正常进行。

5.在剩余板料的基础上裁减掉部分狭长或尺寸很小的边角部分，留下尺寸较大，且比较规整的部分，裁减后的部分作为设计余料待下一次套料使用。在套料设计阶段，对于最后一块板材往往会剩余部分区域没有套完，这部分剩余板料并不一定都能再利用上。通常套料设计人员需要在剩余板料的基础上裁减掉部分狭长或尺寸很小的边角部分，留下尺寸较大，且比较规整的部分，裁减后的部分称为设计余料。***提供了手动生成余料功能，套料设计人员沿着套料零件的边缘截取出可以再利用的余料。

6.原有的手工出图模式费时费力，需要设计人员花费大量时间绘制底图，填写零件表。采用套料配置技术，***根据用户定制的模板，从套料软件中抽取套料数据，自动生成封面、零件表、材料表、排版图，极大的简化了编制套料图的工作，缩短了套料设计的周期，提高设计效率。

7.针对制造、管理部门的ERP/MRP对套料设计数据的需求，提供了套料设计数据发布中间件，实现了数据自动化发布功能，使得设计数据能够在第一时间提交出去。发布的数据包括：套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单、NC代码清单。通过套料设计数据发布接口，发布结构化电子数据给下游制造、管理部门，打通了设计部门和ERP/MRP***数据共享的信息化通道。

附图说明

图1为本发明***的结构框图；

图2为本发明套料处理器的功能模块图；

图3为本发明套料任务管理模块的功能模块图；

图4为本发明板材库管理模块的功能模块图；

图5为本发明套料设计数据发布中间件的功能模块图；

图6为本发明钣金件自动集成套料方法的流程图；

图7为本发明套料设计信息发布流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明***的结构框图，本发明主要包括一套料处理器，套料处理器连接有用户端计算机，用于与套料处理器之间的人际交互，在本发明中，用户可通过用户端计算机输入操作信息，以及监控套料处理进程。套料处理器通过网络通讯连接有用于存储采购清单数据库的信息的第一存储服务器和用于存储待套零件模型和工艺信息的第二存储服务器。其中零件模型数据库里存储的为根据客户需求采用三维设计软件所设计的产品零部件三维模型以及工艺参数，套料处理器从零件模型数据库提取产品零部件三维模型以及工艺参数。套料处理器处理后的数据传送给车间作业控制***进而指导车间加工的工作。

如图2所示，为本发明套料处理器的功能模块图，套料处理器1包括套料任务管理模块11、板材库管理模块12和套料设计模块13，进一步还包括有余料设计模块14和套料信息发布模块15。

如图3所示，套料任务管理模块11，用于从第二存储服务器中读取待套零件模型及工艺信息，本实施例中，待套零件模型为Winchill的工作流程管控下，在CADDS5中创建零件模型，套料任务管理模块11通过板材库集成中间件111快速获得CADDS5的零件工艺数据，无损的还原CADDS5零件轮廓，使得零件设计和零件套料工作形成一个有机的整体，数据读取集成中间件111为一种CADDS5数据转化模块，通过转化模块将CADDS5数据还原在套料处理器中。套料任务管理模块11还包括有待套零件选择模块112，根据数据读取集成中间件111获取的工艺数据和还原的零件模型，待套零件选择模块112将待套零件根据生产进度需要，按照工程编号、零件名称、分段号、厚度、材质、备注、批次号分组选择，打包成为套料任务，在一个套料任务中可以包含不同材质和厚度的待套零件，但不同材质、厚度的零件是不能在一张板材上排版的，套料任务管理模块11中的自动配对模块113对将套料任务中同材质、厚度的零件和相应的板材自动配对成为多个内部套料任务，内部套料任务作为下一步的排版设计的前提。

如图2和图4所示，套料处理器1中的板材库管理模块12用于读取第一存储服务器中的采购清单，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据并输出至套料任务管理模块11；套料任务管理模块11接受板材库管理模块12的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建内部套料任务。板材库管理模块11包括板材库集成中间件121和被套板材统计模块122，其中板材库集成中间件121将从采购清单中筛选出的板材数据从板材规格模式转换为板材的厚度、宽度、长度，计算出板材的面积；被套板材统计模块122，用于统计被套的板材数目，用板材总数减去已套数量计算采购清单数据库中所剩板材，通过判断可套数量是否大于零，控制套料板材，避免同一张板材被反复套料。

套料处理器1中的套料设计模块13，用于读取套料任务管理模块11中的套料任务，根据套料任务中待套零件信息，将待套零件布置在板材上，并对布置好的板材定义零件切割路径，模拟切割场景，生成数控切割指令，发送至数控机床。套料设计模块13将待套零件布置图，零件切割路径信息等存储并发送至套料信息发布模块15。

将待套零件布置在板材上，采用其实质就是将若干个不同形状的零件，按其互不重叠的布局要求，依次布置在一组矩形的钢板上，并要求所使用的板材数量最少，利用率最高的原则。

根据待套零件的不同形状类型，可以采用不同的套料算法。套料设计模块提供了实际形、矩形、自动选择等多种自动套料策略，实现了对任意形状无孔零件包络的算法；根据优先级决定零件的排放次序实现正交的方法对包络的零件进行排放。根据零件类型的差异，由用户端计算机上选择合适的套料策略，套料设计模块通过模拟实际排放过程中的钢板和零件，零件在套料板中的自动平移、旋转与镜像。套料设计模块通软件编程设置为自动选择套料算法，在一个算法选择集中尝试几种不同的策略，并自动选出最佳的结果。套料设计模块还包含有零件次序选择功能模块，零件次序的选择范围设置为：

a)    Area（面积）具有最大面积的零件被最先套料。

b)    Perimeter（周长）具有最大周长的零件被最先套料。

c)    WO Sort（工作指令）按照零件在工作指令中出现的顺序来进行套料。

d)    Rect. Area（矩形区域）具有最大矩形面积的零件被最先套料。

e)    Length（长度） X轴方向具有最大尺寸的零件被最先套料。

套料设计模块还包含有距离设置功能模块，可以根据刀具的宽度，综合考虑热变形因素，动态调整零件间距，使得零件之间保持一定合适的相互间隔距离。

如图2所示，套料处理器1，进一步还包括余料设计模块14和套料信息发布模块15，余料设计模块14用于生成余料，工作人员通过用户计算机对余料设计模块输入的余料命令裁剪余料，其中余料命令为输入余料的最小长、宽度、与零件的间隔距离等参数，余料设计模块将裁剪后的余料信息输出至板材库管理模块作为下一次可利用板材，同时存储在为余料清单作为套料数据的一部分发送至套料信息发布模块15。

套料信息发布模块15，用于将上述所套料设计数据传送至车间作业控制***，套料信息发布模块15与车间作业控制***通过套料设计数据发布中间件将套料处理器中设计好的套料数据发送至车间作业控制***，车间作业控制***中具有AUTOCAD软件，用于输出套料图，从而实现数据自动化发布功能，套料信息包括套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单、NC代码清单。

如图5所示，为本发明套料设计数据发布中间件的功能模块图，包括存储模块，变更模块和发布模块，在实际生产过程中，可能因为某些意外或人为因素，导致零件废返，或设计本身就存在错误，致使套料图需要作局部修改。为了保证纸质套料图在修改后，套料设计数据和图纸同步变更。并且，变更的原因、历史数据可追溯，需要信息发布模块52能够描述历史修改状态、发布中间件在没有人工干预的情况下，实时更新变更数据至变更模块53里。套料设计数据发布中间件具有存储模块51为具有存储功能用于存储历史修改状态。

针对变更所引起的一系列需求，本发明***在套料设计数据发布中间件变更接口中加入了“是否有效”状态字段，在套料设计变更发布确认后，套料设计数据发布中间件自动将历史数据置位为无效状态，导入最新的数据替换历史数据。在变更数据发布的同时，在工艺文件序号中标识出套料变更数据，记录变更的批次序号，技术通知单中关联变更的依据文件。并且，在每张接口表中，都写入“下达时间”，标识一个变更批次中明细项，使得设计、制造管理部门能够在的质量、成本分析时，追踪到套料设计变更发生的次数，变更的原因，以及变更所导致的额外成本付出。

本发明还提供了一种钣金件自动集成套料方法，如图6所示，为钣金件自动集成套料方法的流程图，首先根据客户需求，基于三维设计软件建立产品的零件模型数据库(对应步骤S71)；读取零件模型数据库中的零件模型和工艺信息，分组选择创建套料任务；读取采购清单数据库(对应步骤S72)，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据，包括将采购清单的板材规格转换为板材的厚度、宽度、长度，计算出板材的面积，并统计所用板材并计算采购清单中所剩板材；然后根据所筛选的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建内部套料任务(对应步骤S73)。

上述创建套料任务是对分段下零件按材质，板厚分类打包的一个过程。对相同类型的中间产品成组套料，可有效提高板材的利用率。套料时，一个批次中的多个中间产品中的零件可以在一起套料，以提高板材利用率。在产品数据库中，最小的套料数据发布单元是分段或截段，按批次同时发布多个分段的套料图和板材信息。按批次来组织套料任务。同批次中的各分段零件可以一起套料，以提高材料利用率。对于成组后仍无法套完，或船体上的少量散装铁舾件，在套完船体分段零件后，可在工程BOM上对全船零件套料。

创建完套料任务后，按照板材使用数量最少的原则，将内部套料任务中的待套零件按互不重叠的布局要求，依次布置在板材上,为套料排版设计(对应步骤S74)，现实人工套料的模拟，即将套料任务中的一批待套零件对应的图形在给定规格大小的钢板上自动排版好。对排版图进行检查(对应步骤S75)，如有问题返回套料排版设计步骤(对应步骤S74)，如果没有问题则可对排版进行浏览。

将排版好的待套零件的板材，确定零件的切割路线，并对切割进行模拟，生成数控切割指令，发送至数控机床(对应步骤S78)。本发明中零件的切割路线采用公共线切削技术和搭桥技术。

本发明方法还包括在生成数控切割指令前，对余料进行管理的步骤(对应步骤S76)，具体为根据余料的最小长、宽度、与零件的间隔距离裁剪余料，并将裁剪后的余料进行信息化归类作为下一次套料使用。

最后上述的步骤所涉及的套料设计数据传送至车间作业控制***对套料数据进行发布(对应步骤S77)，指导车间排产、切割、加工的步骤，其中套料设计数据包括下料车间需要的套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单、NC代码清单。

如图7所示，本发明方法套料设计信息发布流程示意图，显示了主要模块之间是如何进行信息的传递和发布的，首先采购清单数据库存储了采购清单、余料仓库管理***里的数据，并将板材库和余料库信息发送至套料处理器汇总，同样，零件模型数据库通过与CADDS5软件互通信息存储了待套零件的模型，并将数据传送至套料处理器中，套料处理器通过套料设计模块完成套料的设计，同时将套料数据传送至车间作业控制***用于指导作业，车间作业控制***将套料数据存储在制造数据库中。完成数据的传送与公布。

本发明***和方法为套料设计和制造领域提供一整套数字化集成产品及服务方案，在船舶、钢结构、机械制造行业都有着广阔的市场空间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钣金件自动集成套料***，通过接受生产管理部门提供的中间产品的零件模型和工艺信息对套料进行设计和管理，其特征在于，包括：

一采购清单数据库，用于存储所采购板材物资的结构化信息；

第一存储服务器，用于存储所述采购清单数据库的信息；

一零件模型数据库，用于存储待套零件模型和工艺信息；

第二存储服务器，用于存储所述零件模型数据库的信息；

套料处理器，与所述第一存储服务器和所述第二存储服务器网络通讯连接，包括：

套料任务管理模块，用于从所述第二存储服务器中读取待套零件模型及工艺信息，分组选择创建套料任务；

板材库管理模块，读取所述第一存储服务器中的采购清单，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据并输出至套料任务管理模块；所述套料任务管理模块接受板材库管理模块的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建多个内部套料任务；

套料设计模块，读取所述套料任务管理模块中的套料任务，根据套料任务，将待套零件布置在板材上，并对布置好的板材定义零件切割路径，模拟切割场景，生成数控切割指令，发送至数控机床。

2.按照权利要求1所述的钣金件自动集成套料***，其特征在于，所述零件模型数据库是基于CADDS5三维生产设计平台所设计的零件模型数据。

3.按照权利要求1所述的钣金件自动集成套料***，其特征在于，所述套料任务管理模块包括：

一数据读取集成中间体，用于获取并还原零件模型数据库中CADDS5格式的三维零件模型和工艺数据；

一待套零件选择模块，根据工艺数据和还原的零件模型，将待套零件按照工程编号、零件名称、分段号、厚度、材质、备注、批次号分组选择并创建多个套料任务；

一自动配对模块，用于将套料任务中同材质、厚度的零件和板材自动配对成为多个内部套料任务。

4.按照权利要求1所述的钣金件自动集成套料***，其特征在于，所述板材库管理模块包括：

一板材库集成中间件，用于将从采购清单中筛选出的板材数据从板材规格模式转换为板材的厚度、宽度和长度，计算出板材的面积；

一被套板材统计模块，用于统计被套的板材数目，计算采购清单数据库中所剩板材。

5.按照权利要求1所述的钣金件自动集成套料***，其特征在于，还包括余料设计模块，用于生成余料，输入余料命令裁剪余料，并将裁剪后的余料信息输出至板材库管理模块作为下一次可利用板材。

6.按照权利要求1或5所述的钣金件自动集成套料***，其特征在于，还包括套料信息发布模块，所述套料信息发布模块接受存储套料设计数据并通过套料设计数据发布中间件，将套料设计数据传送至车间作业控制***，所述套料信息包括套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单和NC代码清单。

7.一种钣金件自动集成套料方法，根据生产管理部门提供的中间产品以及零件模型和工艺信息对套料进行设计和管理，其特征在于包括如下步骤：

1)根据客户需求，基于三维设计软件建立产品的零件模型数据库；

2)读取零件模型数据库中的零件模型和工艺信息，分组选择创建套料任务；

3）读取采购清单数据库，根据套料任务材料的物资代码从采购清单中过滤出所需板材数据；

4）根据所筛选的板材数据，对套料任务中材质、板厚相同的零件和板材配对创建内部套料任务；

5)按照板材使用数量最少的原则，将内部套料任务中的待套零件按互不重叠的布局要求，依次布置在板材上；

6)对步骤5）布置零件的板材定义零件的切割路线，并对切割进行模拟，生成数控切割指令，发送至数控机床。

8.按照权利要求7所述的钣金件自动集成套料方法，其特征在于，所述步骤3)还包括：

将采购清单的板材规格转换为板材的厚度、宽度、长度，计算出板材面积的步骤；

统计所用板材并计算采购清单中所剩板材的步骤。

9. 按照权利要求7所述的钣金件自动集成套料方法，其特征在于，还包括在生成数控切割指令前，对余料进行管理的步骤，具体为根据余料的最小长、宽度、与零件的间隔距离裁剪余料，并将裁剪后的余料进行信息化归类作为下一次套料使用。

10. 按照权利要求7所述的钣金件自动集成套料方法，其特征在于，还包括将套料设计数据传送至车间作业控制***，指导车间排产、切割、加工的步骤，其中套料设计数据包括下料车间需要的套料图批次信息、套料板清单、套料零件清单、余料清单和NC代码清单。

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