Tecniche di Gestione della Qualità

La gestione della qualità,affidabilità,compatibilità
sicurezza e conformità sono i fattori chiave nella
implementazione della 4^ rivoluzione industriale
CONFORMITA’ A QUESTI REQUISITI
FATTORE DI SUCCESSO
PER LA COMPETITIVITA’ DELLE AZIENDE
Gianni Orlandini & Giancarlo Barengo
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
R&CC 1Partner’s
AFFIDABILITA’ & QUALITA’&COMPATIBILITA’&SICUREZZA
CONFORMITA’ Vs NUOVE SOLUZIONI
L’ esigenza di innovazione porta ad integrare in maniera
continua nuovi componenti , nuovi moduli , nuove piattaforme
tecnologiche, adozione di vere rivoluzioni nei processi di
manufacturing ( Fabbrica intelligente o Factory 4.0)
Necessità quindi di garantire la qualità/affidabilità , delle nuove
soluzioni migliore/uguale alle soluzioni preesistenti ,consolidate
nel tempo, che vanno a sostituire. Ulteriormente il :
“Fattore
complessità”
dovuto alla proliferazioni di moduli e soluzioni ed alla loro
interazione : ad affidabilità/qualità si aggiungono :
sicurezza, compatibilità EMC, rispondenza ESD………..
La conformita’ a questi «requirements « va misurata
garantita,gestita, migliorata anche -------------------------------- nella «Fabbrica Intelligente» « Factory 4.0»
ngo R&CC
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
“Industria 4.0” –Fabbrica intelligente
la quarta rivoluzione industriale
brevemente ---------Il termine “Industria 4.0” è stato introdotto per la prima volta dall’associazione
tedesca per la ricerca scientifico-industriale (Forschungsunion) nel 2011 :
«Produzione industriale digitale ad alto tasso di automazione «
Vision
“fabbrica intelligente” caratterizzata dalla totale produzione tramite
network dei pezzi , dei processi con controllo in tempo reale via ITC ;
massivo utilizzo di robots & cyber tecnology
“ quarta rivoluzione industriale»
Obiettivo
Aumentare la competitività delle industrie manifatturiere dell’Europa
Attuazione obiettivo :
- Crescente integrazione di “sistemi ciber-fisici”, (cyber-physical systems – CPS),
- Processi industriali con l’inserimento di macchine intelligenti ,
- Tutto connesso a internet (internet of things –IOT)
- Interazioni con gli « smart operators» della manufacturing .
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
3
VAPORE- ELETTRICITA’- IT FACTORY AUTOMATION –CBS
LE QUATTRO RIVOLUZIONI INDUSTRIALI
3. Industrial Revolution
electronics and IT and
heavy- duty industrial
robots for a further
automization
of production
First
Mechanical
Loom
1784
Degree of Complexity
010001101
001010100
100101010
010010101
4. Industrial Revolution
based on Cyber-Physical
Production Systems
Industry 3.0
2. Industrial Revolution
mass production
based on the division
of labor powered by
electrical energy
Industry 2.0
1. Industrial Revolution
mechanical production facilities
powered by water and steam
End of
18th
Century
Industry 1.0
Start of
20th
Century
Start of
70s
today
t
LA TERZA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE
Terza rivoluzione industriale che l'Italia ha saputo anticipare
e dominare con grande beneficio per tutto il Paese.
Ora la nuova sfida, che è anche un'opportunità imperdibile
in chiave europea.
LA QUARTA RIVOLUZIONE
L'Europa avrà bisogno di un vero e proprio :
“Industrial Compact”
che aiuti una rapida ed efficiente reindustrializzazione del
Continente e raggiungere così l'obiettivo di rafforzare
le imprese europee di taglia globale in tutti i settori chiave
del futuro, soprattutto in quelli ad alta intensità tecnologica
e più innovativi.
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5
Finalmente si parla di nuovo di Fabbrica ,
Produzione , della «centralità» della Manufacturing
«Senza il FARE si perde il SAPERE »
FABBRICA 4.0 La rivoluzione della manifattura digitale
Paolozzi -Direttore Centro Studi di Confindustria
Questo è il progetto “Fabbrica intelligente ”
La cultura digitale come strumento per raggiungere l’obiettivo
europeo entro il 2020 del 20% di PIL prodotto dal Manufatturiero
( oggi siamo al 16%)
Il successo dell’implementazione delle tecnologie digitali nel
progetto/produzione
dipenderà
dalla
costruzione
di
una
comunicazione fluida tra tutti gli anelli della catena industriale
SWAT analisi : Minaccia
Ma oggi solo il 15 % dei manager e dei responsabili aziendali ritiene che,
nella propria azienda, ci sia un adeguato tasso di digitalizzazione .
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6
Torniamo all’obiettivo dei nostri incontri
Che cosa potremmo fare noi nella «Fabbrica 4.0» in questo
ambiente che sarà sempre più digitalizzato con disponibilità di SW
e banche dati sempre più efficienti ed a buon mercato ?
1.
2.
3.
4.
Non dimenticarci di A/Q/C/S come fattore di competitività in un
mercato che sarà sempre più difficile e globale
Promuovere A/Q/C/S come parte integrante della rivoluzione 4.0 .
Ipotizzare che A/Q/C/S in un ambiente industriale digitalizzato
è molto più facile da raggiungere
A/Q/C/S aumenterà con la disponibilità di dati sempre più
consistenti e sicuri .
Quindi grandi opportunità nella «Fabbrica 4.0» per :
« QUALITA’
/ AFFIDABILITA’/COMP/SIC./CONF. «
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LA CASA DELLA
CONFORMITA’
8
Q UA LI TA’ , A FFI DA B I LI TA
C O M PATI B I LI TA’ , SI C U R EZZA
«C O N FO R MI TA’ A I R EQ U I SI TI »
N EL C I C LO D I V I TA D EI N O STR I PRO D OTTI
N ELLE N O STR E I N N OVA ZI O NI
N ELLE N O STR E R I VO LU ZI O N I I N D U STR I A LI
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CICLO DI VITA
Spec’s per quality/reliability/compatibilità/sicurezza
“CONFORMITA’ AL MERCATO”
Concept
Definition
Development/Qualification
Feasibility
Product
Concept
Approval
Product
Development
Start
 Feasibility Analysis
 Market analysis, volumes,
Competition evaluation
 Costs/investments
estimation
 Concepts models development
 Feasibility Modules
 Design development
 HW/SW/FWArch.





Technical solution analysis
Costs/investiments definition
Functional Specs definition
Project Team definition
Master plan definition
Conformity Spec’s
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
Product
Tooling
Start
 Activity Plan definition
 (Quality Plan)
 Proto liv.1/liv.2
 Tooling
 Testing tools
 Home test
 User manual
Trial Run
Pre-production
Product
Industrial
Start
1° C.P.
Mass
production
Mass
Production
Start
2° C.P.
Q.R.
 Process documentation
 Trial run
 Product qualification
completion
 Field test
 Pre-Production
 1° lot Production
 I.F. Tests
 O.O.B.
 Spare parts availability
 Service manual
availability
 Quality Review
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CICLO DI VITA
Spec’s per quality/reliability/compatibilità/sicurezza
“CONFORMITA’ AL MERCATO”
Concept
Definition
Development/Qualification
Feasibility
Product
Concept
Approval
Product
Development
Start
 Feasibility Analysis
 Market analysis, volumes,
Competition evaluation
 Costs/investments
estimation
 Concepts models development
 Feasibility Modules
 Design development
 HW/SW/FWArch.





Technical solution analysis
Costs/investiments definition
Functional Specs definition
Project Team definition
Master plan definition
Conformity Spec’s
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Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
Product
Tooling
Start
 Activity Plan definition
 (Quality Plan)
 Proto liv.1/liv.2
 Tooling
 Testing tools
 Home test
 User manual
Trial Run
Pre-production
Product
Industrial
Start
1° C.P.
Mass
production
Mass
Production
Start
2° C.P.
Q.R.
 Process documentation
 Trial run
 Product qualification
completion
 Field test
 Pre-Production
 1° lot Production
 I.F. Tests
 O.O.B.
 Spare parts availability
 Service manual
availability
 Quality Review
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© SERMA
FORMATION
Assembly /
DFM
Design /
derating
Failure
mechanisms
Components
Manuf.
Porcess
Life duration
Qualification
Robustness
Technologies
Fiabilité des systèmes électroniques
LA CASA DELLA CONFORMITA’
CONFORMITA’
Risks mitigation plan
Risks analysis
Mission profile analysis
REX (Field Return) consideration
9
Fiabilité des systèmes électroniques
ANALISI DELLE AREE
DI CONFORMITA’
Component reliability
Manufacturing process
Design / Industrialisation
- Process control
- Latent defect
- Technology sensitivity
(failures mechanisms…)
...
© SERMA
FORMATION
Use
- Design (derating ,…)
- Board industrialisation...
- Process control
- Subcontractors selection
- Solder joints reliability
- Components reliability …..
- Derating / use
- Environment
- Electrical
conditions of
use
...
8
Fiabilité des systèmes électroniques
NON CONFORMITA’
LE SORGENTI POTENZIALI
Process control
Components reliability
Stress during use
Study of the
mission profile
Risk analysis
Robustness
PPAP
Life time
Components
qualification
Humidity
Mecanical stress
Contamination
© SERMA
FORMATION
Other
defects
Thermal
ESD/EOS
49
« LE AZIONI NEL PROCESSO PER LA
CONFORMITA’ DEL PRODOTTO “
Fiabilité des systèmes électroniques
Lead free
PERMANENT RESEARCH
Technologies qualification
PPAP
Construct. analysis
Conductive glue
Hybrids
Press fit
Reliability tests
Components qualification
Audit fournisseurs
Robustness tests
Assembler qualification
Risks analysis (DFMEA…)
Robustness
Follow
Variabilité
Design qualification
Process qualification
Supplier
qualification
Risks analysis (PFMEA…)
Product qualification
Robustness
Durability
DFR tasks in the development process
© SERMA
FORMATION
54
EVIDENTE CHE DOVREMO INDIRIZZARE PER DEFINIRE E MISURARE :
• Affidabilità di un dispositivo.
• Qualità di un dispositivo
Definire –misurare - Garantire
• Sicurezza di un dispositivo.
• Qualità = Affidabilità ?
• Affidabilità = Sicurezza?
Fare chiarezza
• Sicurezza = Safety / Security?
Approccio Scientifico / Industriale : Calcolo, Misura, Miglioramento
• Affidabilità/Sicurezza si possono prevedere/calcolare? Cosa prevedono le
norme, gli strumenti e il livello di confidenza
• Affidabilità/Sicurezza si possono misurare? Gli strumenti e il livello di
confidenza
Gianni Orlandini Giancarlo Barengo R&CC
15
EVIDENTE CHE DOVREMO
:
• Migliorare i valori previsti o quelli misurati se non adeguati: è possibile e come?
• Analizzare se gli strumenti e i metodi utilizzati considerano davvero tutti gli aspetti:
Emissioni, EMC, ESD, Meccanica, Software, Comportamento dell’Utente, …?
• Infine come vengono esaltate e cosa comporterà la Manufacturing 4.0?
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Qualità e Affidabilità : caratteristiche distinte
E’ importante richiamare la normativa di riferimento perché
spesso, si confondono i termini Affidabilità e Qualità
QUALITA’
Definita rispondenza alle specifiche dell’elemento a
“tempo zero”,
normalmente misurata durante e al termine
della produzione (O.O.B : Out of box).
AFFIDABILITA’
Definità come “attitudine di un prodotto a svolgere la
funzione richiesta in condizioni date per un «dato intervallo
di tempo», misurata dalla «probabilità» che l’elemento sia
in grado di eseguire la funzione richiesta, nell’intervallo
assegnato ed in condizioni stabilite”.
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Sicurezza di un dispositivo
Definizione di “Sicurezza”: stato in cui il rischio di danno alle persone o alle
cose è limitato ad un livello accettabile (UNI EN ISO 8402).
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Affidabilità = Sicurezza?
NO: un dispositivo molto sicuro può essere scarsamente affidabile, pensiamo a
un cellulare di scarsa qualità. Comunque le due qualità non sono slegate, di
norma un dispositivo molto sicuro è anche molto affidabile.
La Sicurezza di un dispositivo possiamo intenderla come l’Affidabilità pesata
per l’impatto che dei malfunzionamenti o guasti hanno sulla salvaguardia di
persone e ambiente; poiché guasti diversi possono comportare rischi diversi
occorre considerare i vari possibili guasti singolarmente.
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19
Sicurezza = Safety / Security?
Sicurezza = Safety;
Sicurezza = Security;
Safety ≠ Security
Il termine “Safety” è riferito alla capacità di un dispositivo di non essere soggetto
a guasti o malfunzionamenti accidentali; il termine “Security” si riferisce alla
capacità di un dispositivo di non essere soggetto a guasti o malfunzionamenti
intenzionalmente provocati.
In italiano i termine Sicurezza, Sicuro e simili si usano con entrambe le
accezioni.
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20
Affidabilità/Sicurezza si possono prevedere/calcolare/”gestire”? Cosa
prevedono le norme; gli strumenti e il livello di confidenza
Esistono metodi per prevedere, calcolare a priori e gestire tanto la Reliability
quanto la Safety è anzi necessario che fin dall’avvio di un progetto siano fissati
degli obiettivi.
C’è da osservare che la Reliability di un dispositivo, a parità di condizioni d’uso
e ambientali, può essere considerata una caratteristica del dispositivo
svincolata dal settore di impiego.
Così non è per la Safety, pensiamo ad un display utilizzato per un dispositivo
per videogame e al medesimo display se lo si usasse in una applicazione
aeronautica: il dispositivo contribuisce in modo diverso alla safety in funzione
del contesto di utilizzo.
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21
Affidabilità/Sicurezza si possono prevedere/calcolare/”gestire”? Cosa
prevedono le norme; gli strumenti e il livello di confidenza
In ambito automotive la recente norma ISO-26262 ha definito e normato le
modalità per gestire la “Functional Safety” (Sicurezza Funzionale) termine col
quale si intende l’assenza di un rischio inaccettabile, dovuto ad una potenziale
fonte di danno (pericolo, hazard) conseguente al malfunzionamento di sistemi
Elettrici/Elettronici (E/E) “safety related”, installati su autoveicoli, prodotti in
serie, con una massa non superiore alle 3,5 t.
I sistemi sono da considerare “safety related”, quando loro eventuali guasti
possono provocare effetti indesiderati per il controllo del veicolo, con
conseguenti danni alle persone.
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Affidabilità/Sicurezza si possono prevedere/calcolare/”gestire”? Cosa
prevedono le norme; gli strumenti e il livello di confidenza
La verifica della rispondenza alla norma avviene attraverso un processo di
analisi e identificazione degli hazard riferiti ad un determinato scenario, il
calcolo di alcune metriche e la verifica del non superamento di determinate
soglie in base al livello ASIL (Automotive Safety Integrity Level), l’eventuale
applicazione di idonee misure (safety requirements, safety functions), a livello di
architettura di sistema e/o di componenti HW o SW, o di veicolo per soddisfare
la norma.
Ci si avvale della procedura FMEDA (Failure Modes Effects and Diagnostic
Analysis).
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… e negli altri settori?
IEC 61508 - valutazione e certificazione SIL per sistemi elettronici che
gestiscono funzionalità di sicurezza;
IEC/EN 61511 - Industria di Processo (ad esempio Chimico e Petrolchimico),
IEC/EN 61513 - Nucleare
IEC/EN 62061, IEC/EN 61800-5-2, EN ISO 13849-1/2 - Direttiva macchine –
componenti di sicurezza dei macchinari
IEC/EN 62304, IEC 60601 - Dispositivi Medici
EN 50402 - Fire&Gas,
EN 50126/50128/50129, IEC 62425 (segnalamento) - Ferroviario
ISO 25119 - Trattori e Macchinari per Agricoltura e Foreste
DO-254 (Hardware), DO-178B (Software) - sistemi safety-critical per il settore
Aereonautico civile e militare;
DO-278 - Communication, Navigation, Surveillance and Air Traffic Management
– Systems Software Integrity Assurance
MIL-STD-498/IEEE 12207 - Software Life Cycle per settore Militare;
ECSS-E-ST-40 C - Software Life Cycle per settore Spazio;
MISRA C - sviluppo software per settore Automotive.
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Ogni ambito applicativo privilegia approcci diversi (1)
Esempio: Spazio
• Approccio analitico molto dettagliato
• Molto conservativi nelle stime dei failure rate
• Lunghe/complesse prove sperimentali
• Attività di affidabilità costosa in termini di
• tempo/risorse
• qualità della componentistica
• pochi dati statistici a supporto ( spesso non utili)
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25
Ogni ambito applicativo privilegia approcci diversi
ESEMPIO :
•
(2)
Automotive- Energia – Elettromedicale
Approccio analitico leggero
• Stime dei failure rate meno rigide
• Approccio statistico (ritorni dal campo)
spinto
• Costosa in termini di raccolta e analisi dati
• Campagne di richiamo/retrofit
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Ogni ambito applicativo sviluppa
tailoring
diversi per l'affidabilità
Esempio: Spazio
• Uso di componenti non space-qualified
• Analisi
• ridondanza (RBD)
• scelta selettiva di componenti criciti
• Test
• stress test in laboratorio per conferma sperimetale
Esempio: Ferroviario
• Uso di RDF2000 vs MIL HBK
• Affidabilità di missione vs
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Reliabiliy e Safety si possono misurare? Gli strumenti e il livello di
confidenza
SI, è possibile misurare a posteriori il livello di affidabilità e di sicurezza di un
dispositivo.
È evidente che il modo più ovvio e immediato di misurare l’affidabilità e la
sicurezza di un dispositivo è conteggiare gli eventi che si verificano; ma è
necessario potere misurare l’affidabilità prima che un dispositivo venga
utilizzato dagli utenti.
La misura è utile perché i calcoli possono non avere considerato la debolezza di
parti.
La misura avviene eseguendo dei test su un campione di dispositivi per un
certo tempo; una modalità è quella di eseguire i cosiddetti HALT (Higly
Accelerated Life Test): attraverso modelli matematici è possibile sottoporre i
dispositivi a stress ambientali opportuni che equivalgono ad una vita N volte più
lunga del periodo di test, esempio 20 volte, 50 volte (fattore di accelerazione);
nell’esempio 3 mesi di test equivarrebbero rispettivamente a 5 e 12,5 anni; al
crescere del fattore di accelerazione decresce il livello di confidenza sul test.
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28
Migliorare i valori previsti o quelli misurati se non adeguati: è possibile e
come?
SI. Esistono vari modo e in particolare:
•
scelte progettuali diverse,
•
condizioni d’uso diverse,
•
l’impiego di Sistemi Fault tolerant / Ridondanti,
•
l’adozione di Sistemi diagnostici / Osservabilità dei guasti
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Emissioni
Le norme sono suddivise in due categorie principali relative alla sicurezza
elettromagnetica umana:
1. norme di prodotto
2. direttive esposizione occupazione e popolazione
Nel caso delle norme di prodotto generale abbiamo la EN 62311 che regola le
caratteristiche di prodotto sia elettrico che elettronico da 0 a 300 GHz.
Poi vi sono norme specifiche di prodotto ad esempio:
• EN 62493 che norma i prodotti di illuminazione
• EN 62233 che norma gli elettrodomestici
• EN 50505 ed EN 50444 che normano le diverse tipologie di saldatrici
elettriche
ecc.
Queste norme prescrivono il modo in cui misurare i flussi elettromagnetici
emessi a cui si può essere esposti sia in ambito professionale che domestico.
Inoltre vi è la direttiva europea generale che si occupa di esposizione
elettromagnetica che norma con continuità alle diverse bande lo spettro di
frequenza da 0 a 300 GHz. La direttiva in questione è la 2013/35/EU che
sostituisce la precedente 2004/40/CE e abbraccia tutti i settori.
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… ma gli strumenti e i metodi considerano davvero tutti gli aspetti?
Le normative e le metodologie odierne definiscono delle metodologie che
permettono di quantificare Reliability e Safety basandosi sui “guasti” dei
dispositivi; in tale direzione le tecniche si sono affinate (sebbene alla base ci
siano a volte delle esemplificazioni richieste dalla numerosità dei componenti,
es. tasso di guasto costante durante la vita operativa).
Nella determinazione di tali metriche sarebbe opportuno tenere
considerazione anche altri aspetti e in particolare:
• le Emissioni (relative alla sicurezza elettromagnetica umana) e la EMC,
• l’ESD,
• la Meccanica,
• il Software (parzialmente già considerato, es.: SFMEA/SFMECA),
• il Comportamento dell’Utente
in
tutti influiscono su Quality /Reliability / Safety ma non vi sono modelli e metodi
previsionali e di quantificazione a priori sufficientemente a punto che
consentano di definire a priori il livello di reliability e/o safety.
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Ma di questo ci occuperemo
diffusamente nei prossimi
incontri --------------------32
COMPETENCE
CENTER
IN BRIEF
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COMPETENCE CENTER
Per dare concretezza, operativa e seguito alle problematiche
Industriali su queste tematiche , basandoci sulla esperienza
analoga dell’ ESD Team , di cui siamo parte, abbiamo dato vita
ad un Competence Centre che nella sua operatività possa
mettere a fattor comune le best pratices fra le varie Aziende,
strutture, esperienze, laboratori, docenti Universitari , Manager
con esperienza diversificata , esperti per ottenimento di
finanziamenti agevolati. Questa struttura consentirà di
implementare attività per valutare queste tematiche , fornire
consapevolezza sui fattori di rischio maggiormente frequenti (ad
esempio in prodotti presenti in differenti settori industriali quali le
schede elettroniche) fornendo validi metodi per la garanzia della
conformità di moduli, componenti, prodotti…………
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33
- Abbiamo implementato un web site che potete
visitare. www.rccenter.it
- Da novembre 2014 curiamo una rubrica sulle
tematiche della affidabilità /qualita’/etc sul
magazine di elettronica
- Stiamo dando il nostro contributo al MESAP per la
creazione di questo cluster di laboratori
- Saremo al prossimo convegno nazionale ESD del
18 Maggio a Cortona
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