📅 · 16 min de leitura · Equipe Meta Smart Factory
Todas as propostas de manutenção preditiva têm a mesma forma: sensores nas máquinas críticas, um modelo que aprende a assinatura de uma falha, um alerta com semanas de antecedência. Quase nunca contêm a pergunta que decide se aquilo funciona: se as falhas que lhe estão realmente custando dinheiro chegam sequer a dar aviso. Essa pergunta responde-se a partir dos seus próprios registros, antes de alguém orçamentar um sensor.
Antes do custo entrar na discussão, entra a consequência. Tudo aquilo cuja falha tenha consequência para a segurança ou para o meio ambiente, e tudo o que esteja sujeito a inspeção regulamentar (equipamentos sob pressão, equipamentos de elevação, proteções e intertravamentos, freios de máquinas, o intervalo de ensaio de prova de uma função instrumentada de segurança), fica de fora desta análise e é feito por calendário, diga o que disser a economia.
O que sobra é o parque comum. Reativa significa deixar rodar até a falha, opção legítima para equipamentos cuja falha é barata, cuja peça de reposição está na prateleira e cuja perda não para a produção. O erro está em ter equipamentos em regime reativo que ninguém escolheu pôr nesse regime.
A preventiva, baseada num calendário ou num contador, substitui componentes independentemente do estado, e não exige instrumentação nenhuma além de um CMMS com planos por estratégia. Ficam dois custos por contar: a vida restante que se joga fora em componentes que estavam bons, e a falha que cada intervenção arrisca introduzir, como uma vedação cortada na remontagem ou contaminação deixada entrar num rolamento. Aumentar a frequência preventiva num equipamento que falha aleatoriamente piora a disponibilidade; os estudos de confiabilidade da aviação que estão na origem da manutenção centrada na confiabilidade concluíram que a maioria dos modos de falha não mostra qualquer desgaste associado à idade.
A manutenção condicionada mede e depois age sobre um limiar: leituras de vibração em rondas mensais, uma inspeção termográfica trimestral, uma amostra de óleo por cárter, sem modelo nenhum pelo meio. Custa o tempo de uma pessoa treinada e um aparelho de medição, entrega boa parte daquilo que as pessoas atribuem à manutenção preditiva, e para muitas fábricas é o destino final.
A preditiva acrescenta medição contínua e uma projeção para a frente (uma tendência extrapolada até o limiar, ou uma estimativa de vida útil remanescente), mais a instrumentação e alguém que tome conta dos modelos. O ganho está mais na cobertura e na cadência do que no conhecimento, e paga-se quando um equipamento precisa de aviso entre rondas, ou quando há equipamentos a mais para percorrer a pé.
Um modo de falha é previsível quando se degrada progressivamente, emite algo mensurável enquanto o faz, e o faz ao longo de um intervalo suficientemente longo para se agir dentro dele. A manutenção centrada na confiabilidade chama isso de intervalo P-F: do ponto em que a falha se torna detectável até o ponto em que o equipamento deixa de fazer o que lhe compete.
Há uma classe de falhas que derrota a pergunta antes de ela ser feita. Um dispositivo de proteção (uma válvula de segurança, um disparo, uma bomba de reserva, um intertravamento) tem função oculta: a sua falha não emite nada, porque nada depende dele até chegar o acontecimento contra o qual protege. Não se monitora a condição de uma função que não está sendo solicitada, por isso se faz nela um ensaio de prova, num intervalo derivado da taxa da falha protegida e do risco que se está disposto a correr, e registra-se o resultado.
Os modos que se comportam bem são sobretudo mecânicos e sobretudo rotativos. A descamação de um rolamento de elementos rolantes propaga-se a frequências ditadas pela geometria do rolamento e pela velocidade do eixo, tipicamente ao longo de semanas a meses num rolamento bem lubrificado a velocidade e carga moderadas, e ao longo de dias ou menos assim que a lubrificação se perde ou sob alta velocidade e sobrecarga. Fixe o intervalo de monitoramento pelo intervalo P-F mais curto que seja credível, não pelo típico. O desgaste e a picagem de engrenagens progridem de forma semelhante; o desalinhamento e o desbalanceamento raramente falham enquanto tal, mas destroem o que está à sua volta, e veem-se com muita antecedência. O mesmo vale para o desgaste de correias, a cavitação em bombas, o vazamento em gaxetas, o entupimento de trocadores de calor e o desgaste de ferramenta onde o sinal de processo acompanha a ferramenta.
Quase todo o resto se comporta mal. Placas lógicas, placas de I/O e a maioria dos sensores discretos falham sem precursor gradual e com uma taxa de falha praticamente constante. Danos causados pelo operador, colisões, erros de setup e contaminação na matéria-prima são acontecimentos e não processos, e as falhas de comando não deixam nada num espectro de vibração. Algumas falhas mecânicas têm um intervalo P-F de segundos: a ruptura de um parafuso, uma sobrecarga súbita.
Vale a pena nomear as exceções elétricas, porque é aí que um programa elétrico se paga. Os capacitores eletrolíticos dos barramentos DC e das fontes de alimentação secam progressivamente com a temperatura e mostram isso na capacitância, na resistência série equivalente ou na ondulação do barramento, razão pela qual os fabricantes de inversores publicam intervalos de substituição. A maioria dos inversores modernos já registra a tendência da temperatura do dissipador e do estado do ventilador. O isolamento dos motores degrada-se de uma forma que a resistência de isolamento, o índice de polarização e a tendência das descargas parciais conseguem acompanhar. O cabo de flexão contínua das esteiras porta-cabos e dos dress packs dos robôs é especificado em ciclos de flexão, o que faz dele um dos itens mais fáceis de planejar numa célula.
Um sintoma descrito é prova forte de que existe um intervalo P-F aproveitável: se um técnico consegue dizer como soa uma falha uma semana antes, um instrumento a vê mais cedo. A ausência de sintoma é prova muito mais fraca, porque a faixa sensorial humana é estreita. Ninguém ouve 40 kHz, ninguém sente os impactos que a análise de envelope extrai antes de o valor global se mexer, ninguém repara numa deriva de dois por cento no torque. Onde não há sintoma descrito, pergunte se o modo põe energia fora da faixa humana (ultrassons, vibração de alta frequência, deriva lenta de processo) antes de concluir que não há nada para encontrar.
Isso se resolve nos registros, antes de qualquer compra. Pegue doze meses de paradas não planejadas nos equipamentos candidatos e classifique cada uma em degradação mecânica progressiva, lubrificação, mecânica súbita, elétrica, comando e software, erro do operador ou de setup, induzida pela manutenção, material e fornecimento externo, com os minutos de parada e o custo associados.
Duas dessas categorias são as que costumam ficar de fora, e são as duas com maior probabilidade de mudar a conclusão. Induzida pela manutenção significa uma falha que se consegue ligar à intervenção anterior nesse equipamento; o CMMS já registra que trabalho antecedeu a parada, por isso pode ser codificada retroativamente, e sem essa categoria todas as falhas que uma intervenção preventiva introduziu vão parar em mecânica súbita e desaparecem. Sem uma categoria de lubrificação, um rolamento morto pela graxa errada ou por uma ronda perdida lê-se como degradação mecânica progressiva e parece um argumento para comprar sensores.
Depois leia a distribuição, porque é ela que decide o projeto. Se o dinheiro se concentra na degradação mecânica progressiva, a manutenção preditiva tem sobre o que trabalhar. Mas, antes de orçamentar um acelerômetro, audite as duas coisas que eliminam essas falhas em vez de as preverem. Primeiro a lubrificação: produto certo, quantidade certa, intervalo certo, controle de contaminação, relubrificação guiada por ultrassons em vez de uma bomba de graxa por calendário. Segundo a precisão de montagem: alinhamento a laser, pé manco, tensões na tubulação, balanceamento. Ambas são mais baratas do que monitorar, e ambas competem diretamente com o orçamento dos sensores.
Se o dinheiro se concentra em danos do operador e erro de setup, a intervenção é dispositivos de fixação, treinamento e poka-yoke, e nenhum acelerômetro lhe toca. Se se concentra na eletrônica, a resposta é sobretudo peças de reposição na prateleira, redundância nas posições críticas e calor e poeira fora dos painéis, com as exceções progressivas acima postas num plano.
Faça um segundo teste: pergunte aos técnicos que reparam cada falha recorrente o que notam primeiro. «Começa a fazer barulho cerca de uma semana antes» é um intervalo P-F e uma especificação de sensor na mesma frase. «Para e pronto» é uma resposta mais fraca, porque os técnicos dizem isso de falhas que estavam bem visíveis em dados de tendência que ninguém estava olhando, por isso trate-a como uma razão para procurar fora da faixa sensorial humana e não como um veredicto.
A vibração é o sinal mais rico para máquinas rotativas porque as suas frequências são de diagnóstico e não apenas de alarme. As frequências de defeito decorrem da geometria do rolamento e da velocidade do eixo, por isso um espectro diz qual é o elemento danificado, ainda que o escorregamento da gaiola desloque as linhas reais um ou dois por cento em relação ao valor calculado. O desbalanceamento aparece na velocidade de rotação, o desalinhamento tipicamente no dobro, os problemas de engrenagens na frequência de engrenamento com bandas laterais, e as técnicas de envelope tiram os impactos iniciais do rolamento da zona de alta frequência antes de o valor global se mexer. As ressalvas contam tanto quanto isso: a fixação do sensor define a faixa de frequências utilizável, as máquinas de velocidade variável exigem rastreamento de ordens, as baixas velocidades de eixo são difíceis, e a vibração é quase cega a falhas elétricas e de processo.
Sem uma referência própria, as zonas de avaliação da ISO 20816-3 dão um limiar de partida defensável para a velocidade global em máquinas industriais comuns dentro da faixa de potência e de velocidade que essa parte cobre. São um juízo de severidade global numa banda que vai de cerca de 10 Hz a 1 kHz, que é a região em que um defeito inicial de rolamento mexe em último lugar. Não servem como limiar de defeito de rolamento. O trabalho sobre rolamentos em fase inicial precisa de referência própria ou de um limite específico da técnica.
A análise da assinatura de corrente do motor mede-se no quadro elétrico e não na máquina, por isso uma leitura não exige acesso ao equipamento acionado nem parada de produção. Instalá-la é outra conversa: os transformadores de corrente permanentes ficam dentro de uma gaveta do CCM ou do painel do inversor, o que é trabalho dentro da fronteira de arco elétrico, por pessoa qualificada, normalmente sob permissão de trabalho e normalmente com corte. Orce-a como trabalho elétrico, não como um sensor.
Vê a ruptura de barras do rotor e a excentricidade como bandas laterais em torno da frequência da rede e, porque a corrente reflete a carga, detecta alterações mecânicas grosseiras a jusante: um transportador travando, um impulsor obstruído, uma ferramenta gasta puxando mais torque. É mais grosseira do que a vibração para rolamentos e, num motor alimentado por inversor, o método clássico sofre, porque as bandas laterais se situam em relação a uma frequência de alimentação que agora está mudando e porque os harmônicos de comutação do inversor se sobrepõem ao espectro. Quer aquisição a velocidade e carga constantes e muitas vezes fica aquém mesmo assim, por isso, onde a maioria dos motores é alimentada por inversor, os dados de corrente, torque e barramento DC do próprio inversor são a melhor fonte e a mais barata.
A temperatura é barata, confiável e tardia: um rolamento quente já está danificado. Onde chega cedo é no lado elétrico: uma inspeção termográfica em quadros e conexões encontra conexões frouxas antes de queimarem. Os ultrassons são o indicador prático mais precoce de problemas de lubrificação em rolamentos e a ferramenta padrão para vazamentos de ar comprimido e arco elétrico.
A análise de óleo reporta contagem e morfologia das partículas de desgaste, viscosidade, entrada de água e esgotamento dos aditivos e, como as partículas identificam que metal está se desgastando, identificam muitas vezes o componente. Serve caixas de engrenagens, hidráulica e compressores, e não serve de nada em rolamentos vedados lubrificados com graxa. A disciplina de amostragem (mesmo ponto, mesmas condições, mesmo intervalo) decide o valor do programa mais do que o laboratório.
O tempo de ciclo e a deriva de processo são o sinal mais subestimado, porque a máquina já os está produzindo: o tempo de ciclo subindo aos poucos, o erro de seguimento de um servo crescendo, a pressão hidráulica caindo, uma curva de torque mudando de forma, o ciclo de trabalho de uma resistência subindo para manter o mesmo setpoint. Esses veem entupimento, desgaste e patinação que nenhum sensor acrescentado por fora vê, porque medem a máquina fazendo o seu trabalho e não um proxy do seu estado. Coletá-los custa muito menos do que instrumentação nova, mas não custa zero: é preciso lugar para guardar os dados além do buffer circular da HMI, acesso às tags que o fabricante da máquina pode tratar como conversa comercial, e período de amostragem e banda morta ajustados para que a deriva não vá comprimida e achatada para o armazenamento.
Uma abordagem por física ou por regras não precisa de histórico de falhas nenhum. Frequências de defeito a partir da geometria, bandas de severidade a partir de uma norma, um limite de pressão diferencial num filtro, uma subida de temperatura acima do normal da própria máquina para a mesma carga: tudo isso codifica conhecimento de engenharia e dispensa dados. É por isso que uma primeira implementação normalmente não precisa de aprendizado de máquina nenhum, e por isso que uma proposta que abre com um modelo está respondendo a uma pergunta que ainda não foi feita.
A detecção de anomalias aprende o envelope normal de funcionamento a partir de funcionamento saudável e sinaliza o desvio. Dispensa falhas rotuladas, mas precisa de dados saudáveis suficientes para cobrir a variação legítima de produto, velocidade, lote de material e turno. Informa que algo mudou, sem dizer o quê, e sinaliza uma mudança de série com o mesmo entusiasmo com que sinaliza um rolamento falhando, a menos que o contexto de ordem de produção, receita, velocidade e ferramenta venha atrelado à medição.
A estimativa de vida útil remanescente precisa de exemplos de funcionamento até a falha do mesmo modo na mesma classe de equipamento, em números que pouquíssimas fábricas possuem: uma máquina que falha duas vezes por ano produz dois exemplos por ano, possivelmente de dois modos diferentes. A forma de contornar essa escassez é a abrangência: uma frota de bombas nominalmente idênticas medida hoje dá uma população de comparação sem histórico nenhum. Só que o valor atípico é um candidato e não uma falha: a rigidez da fundação, as tensões na tubulação, as condições de sucção, o ponto de funcionamento e o tempo desde a última recuperação produzem dispersões de duas ou três vezes entre unidades saudáveis, por isso uma primeira passagem devolve máquinas para inspecionar e problemas de montagem para corrigir. Se a sua fábrica tem uma de cada coisa, essa opção está fechada.
A maioria das fábricas começa quase sem nenhum, porque as falhas passadas foram registradas como um motivo de parada e uma linha de texto livre. Desenhe o primeiro ano para corrigir isso. Estabeleça a referência antes de alertar: instrumente, colete e fique calado ao longo de variedade de produção suficiente para saber com o que se parece o normal. Alertar antes de o normal estar estabelecido é a forma de um projeto enterrar os seus técnicos em alarmes logo no primeiro mês e nunca mais recuperar.
Confronte qualquer modelo com os limiares que já tem e obrigue-o a ganhar o lugar batendo-os. Depois faça com que cada alerta produza um rótulo: alguém inspeciona e registra o que encontrou, como degradação confirmada, outro modo confirmado, nada encontrado, ou causa de processo. São esses os dados de treinamento que não tinha, e só se acumulam se o passo de encerramento for um campo codificado.
Por trás de cada alerta há um limiar que troca falhas não detectadas por falsos alarmes, e não há ajuste que elimine as duas. Os dois erros são assimétricos, mas não da maneira que o slogan sugere. O que custa uma falha não detectada varia enormemente de equipamento para equipamento: numa bomba de reserva é um incômodo, no gargalo é a produção do dia mais os danos secundários e o refugo que ficou dentro da máquina, e em qualquer coisa com consequência de segurança nem sequer entra nesta tabela. O que custa uma série de falsos alarmes é fixo e total, porque, se os técnicos deixarem de abrir os alertas, nada do que vem depois do alerta existe. Por isso ajuste equipamento a equipamento em função do custo de uma falha não detectada nesse equipamento, dentro de um orçamento de falsos alarmes que se aplica ao sistema inteiro.
As taxas de base tornam isso mais difícil do que a intuição sugere. Em monitoramento contínuo, o número de alertas falsos é a taxa de falsos positivos multiplicada pela frequência com que o detector avalia, que pode ser de minuto a minuto em cada equipamento, enquanto os alertas verdadeiros estão limitados pela frequência com que o equipamento falha de fato, umas poucas vezes por ano quando muito. Um detector que avalia com essa frequência precisa de uma taxa de falsos positivos extraordinariamente baixa antes de os alertas verdadeiros superarem os falsos, e a exatidão não diz nada sobre isso, já que um detector que nunca dispara está certo quase sempre. Por isso a primeira pergunta a um fornecedor deve ser quantos alertas por semana e por equipamento o sistema produziu em outro lugar, e que fração foi confirmada na inspeção. A exatidão vem depois.
Depois orçamente os alertas: decida quantos um técnico consegue investigar numa semana sem deslocar trabalho planejado, e ajuste para esse número. Envie a prova com o alerta (a tendência, a banda de frequências que se mexeu, a máquina irmã para comparação) e admita três desfechos: agir já, vigiar com data de nova medição, ou descartar com razão registrada.
A maioria dos casos de negócio superestima o benefício ao valorizar toda a parada a receita perdida, e é pega no segundo ano, quando as economias não aparecem em conta nenhuma.
O ponto de partida correto é mais estreito: o valor é a diferença entre uma parada não planejada e a intervenção planejada que a substitui, multiplicada pelo número de eventos que realmente converte. Uma falha não planejada custa a peça, as horas extras, os danos secundários (um rolamento que roda até a destruição leva muitas vezes o eixo e o alojamento junto), o produto que vira refugo dentro da máquina, o transporte urgente e a perturbação de tudo o que estava escalonado a seguir. A versão planejada custa a peça e a mão de obra numa janela que foi você quem escolheu. É essa diferença o prêmio, e não é o mesmo que o custo total da parada.
Se os minutos perdidos carregam ou não valor de receita depende de o equipamento ser o gargalo e de a fábrica estar limitada em capacidade. Se a linha é o gargalo e vende tudo o que produz, uma hora perdida é margem perdida para sempre. Se há folga, o pedido se recupera mais adiante na semana, e o custo honesto se limita ao prêmio das horas extras.
É no OEE que as perdas se tornam visíveis. Uma parada não planejada atinge diretamente a disponibilidade, mas também o desempenho, através da partida lenta depois de reiniciar, e a qualidade, através do refugo de partida, de modo que um cálculo só de disponibilidade a subavalia. O que o OEE não consegue é dizer quanto vale uma hora perdida; isso só a análise do gargalo diz. Depois subtraia o tempo humano recorrente para triar alertas e manter modelos à medida que máquinas e produtos mudam. É a linha que falta em todas as propostas, e a que decide se o sistema ainda roda no terceiro ano.
Uma previsão só é útil se for possível agir dentro do aviso que dá, o que transforma isso na comparação de dois números para cada modo monitorado: o prazo do sinal e o prazo da peça. Quatro semanas de aviso numa peça que tem em estoque é uma decisão de escalonamento. Quatro semanas numa caixa de engrenagens com cinco meses de prazo de entrega são uma contagem regressiva. Por isso o lado das peças pertence à primeira fase: quem faz a triagem de um alerta deve ver se a peça está na prateleira, se está guardada em outra linha, ou se não existe de forma alguma, e a ordem de trabalho deve reservá-la no momento em que é aberta, não quando o técnico chega ao armazém e encontra a caixa vazia.
O desconhecimento do momento da falha é apenas uma das razões pelas quais existe estoque de segurança. A variabilidade do prazo de entrega do fornecedor, as quantidades mínimas de pedido, o transporte e o risco de obsolescência em máquinas mais antigas, e o fato de um mesmo código de peça cobrir normalmente vários equipamentos e vários modos que não está monitorando, continuam todos lá depois de o sinal chegar. Um aviso que exceda de forma confiável o prazo de entrega do fornecedor elimina uma razão num equipamento, o que raramente chega para mexer sozinho num nível de estoque. Converta primeiro os avisos em janelas planejadas e volte aos níveis de estoque ao fim de um ano de evidência.
A cadeia que vai do sinal ao resultado mudado tem mais elos do que o diagrama de qualquer proposta. Uma medição atravessa um limiar. Alguém é avisado, e esse alguém tem nome e turno, não é uma lista de distribuição. Faz a triagem com base na prova e escolhe agir, vigiar ou descartar. Se agir, abre-se uma ordem de trabalho com o modo suspeito preenchido, a peça reservada e uma janela pedida. O planejamento concede essa janela, o que significa que o escalonamento da produção tem de receber um pedido de manutenção como restrição e não como discussão de corredor. Depois o passo de que tudo depende: o técnico registra o que encontrou, num campo codificado, no alerta que o mandou lá.
Quebre um elo qualquer e o resto é decoração. Um alerta que cai num painel que ninguém abre. Uma ordem de trabalho aberta num sistema que nada sabe de peças de reposição. Uma janela negociada verbalmente todas as vezes. E o mais danoso de todos, um passo de encerramento que capta «substituído rolamento» como texto livre, porque essa frase não se consegue contar, nem comparar entre equipamentos, nem usar para treinar seja o que for.
Um esquema estruturado de codificação de falhas, acordado uma vez e usado sempre, é a diferença entre um histórico de manutenção e um monte de anotações. É também a razão pela qual um sistema preditivo não substitui um CMMS: produz um gatilho, e o CMMS o transforma em trabalho, em peças, num registro, e nos números que dizem se alguma coisa daquilo funcionou.
Cinco a quinze equipamentos. Saem da classificação dos doze meses acima: onde o dinheiro está na degradação mecânica progressiva, onde o equipamento limita a produção ou a falha danifica produto, e onde um técnico já consegue descrever o sinal de aviso.
Comece pelos dados que já tem. As correntes dos inversores, os tempos de ciclo, as pressões e as temperaturas que o PLC já produz custam muito menos para coletar do que instrumentação nova e muitas vezes respondem à pergunta de imediato, desde que haja um historiador para os guardar e acesso às tags para os ler. Acrescente instrumentação apenas onde os sinais existentes não conseguem ver o modo: acelerômetros permanentes onde se justifique, coleta portátil por rondas no resto, amostragem de óleo nos cárteres, e uma inspeção termográfica nos quadros elétricos com carga representativa, através de janelas de infravermelho instaladas ou sob permissão de trabalho em tensão, porque uma inspeção feita a um décimo da carga normal não encontra nada e fica arquivada como resultado limpo.
Escreva os critérios de aceitação antes de os sensores chegarem, em termos que alguém ainda entenda um ano depois: alertas por semana e por equipamento, a fração confirmada na inspeção, o tempo de aviso conseguido, e o número de paradas não planejadas convertidas em janelas planejadas. Não a exatidão do modelo, sobre a qual ninguém no chão de fábrica consegue agir.
Nomeie um responsável do lado da manutenção e não do lado da TI, e faça a revisão aos seis meses à luz desses números avançados, porque são os únicos que terão mexido. A medida atrasada, paradas não planejadas evitadas, precisa de eventos suficientes para ser mais do que ruído e, em dez equipamentos que falham umas poucas vezes por ano, só algumas delas da maneira que o sistema vigia, isso fica bem além de um ano. Julgar aos seis meses pelas paradas não planejadas é a forma de cancelar um sistema que funciona e ampliar um que não serve. Entre nessa revisão disposto a concluir que, em alguns equipamentos, rondas de manutenção condicionada com um aparelho de medição e uma pessoa treinada são a resposta certa. Isso também conta como projeto bem-sucedido.
O módulo de Gestão da Manutenção da Meta Smart Factory cobre o lado CMMS do ciclo acima: hierarquia e histórico de equipamentos, planos preventivos por tempo ou por contadores, ordens de trabalho com constatações codificadas, peças de reposição alocadas à ordem, e valores de MTBF, MTTR e custo por equipamento que saem diretamente desses registros. A parada captada no MES abre o aviso de manutenção sem ninguém escrever tudo outra vez, a janela pedida chega ao APS como restrição de escalonamento em vez de um telefonema, os dados de condição chegam pela mesma conectividade IIoT e OPC UA, e a análise de tendências e a detecção de anomalias rodam no módulo de IA e Aprendizado de Máquina assim que houver uma referência que valha a pena usar.
A sequência importa mais do que a lista de módulos. Classificar doze meses das suas próprias falhas não custa nada além de tempo, decide se os sensores são sequer a compra certa, e é uma primeira conversa mais útil do que ver um alerta disparar no rolamento de outra pessoa.
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