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路甬祥:绿色、智能制造与战略性新兴产业
作者: 学会秘书处转载 发表时间: 2011-02-23

 
    金融危机后的世界将更加致力于科技创新,走绿色、智能、可持续发展之路。绿色、智能制造是制造业的发展方向,也是战略性新兴产业的重要支柱。战略性新兴产业的发展需求将对我国制造业发展提出新的要求、注入新的动力,将促进我国制造业的技术创新、产业结构升级,实现跨越式发展。绿色、智能制造也将为我国产业结构调整、升级和战略性新兴产业的发展提供新的技术和装备,并将促进我国经济发展方式的转变,实现我国经济依靠改革开放、科技创新驱动,走资源节约、环境友好的绿色、智能、可持续发展之路,实现由大到强的新跨越。中国机械工程学会应以科学发展观为指导,按照国家发展战略需求、制造技术与产业发展的大趋势,调整工作重点,积极推进适应绿色、智能制造技术进步和突破的学科交叉与融合,着力推进以企业为主体、以市场为导向、产学研相结合的技术创新体系建设,提升我国制造业的自主创新能力,培育适应绿色、智能制造的创新创业人才,为服务国家创新发展、绿色发展、智能发展、科学发展、和谐发展、持续发展做出新贡献。
    一、 绿色、智能制造是制造业发展的方向
    20世纪90年代以来,由于全球经济发展需求的快速增长,资源能源价格不断攀升,且在高位波动,生态环境压力逐渐加大,全球气候变化备受关注,ICT技术突飞猛进,信息化、网络化、知识化快速发展,经济全球化和全球绿色、智能制造的发展趋势不可逆转。
    经过30余年的改革开放,我国经济发展取得了举世瞩目的成就,经济总量已跃居全球第二位,已经成为全球制造大国。但是,我们也为经济的发展付出了巨大的资源和环境代价。进入新世纪后,我国经济发展的资源环境“瓶颈”约束明显加大。关键核心技术的自主创新能力较弱,机械电子装备的关键材料和核心部件仍受制于人。我国制造业及其产品的物耗、能耗、排放强度较高,信息化、智能化水平较低,仍然处于全球制造业产业链的中低端。中国制造业亟需实现由大转强的历史跨越,绿色、智能制造应成为中国制造业发展的方向。
    (一)地球上有限的不可再生资源决定了人类必须走一条资源节约型的发展之路
    工业革命以来250多年的人类社会工业化的历史进程,仅使不到10亿人口的发达国家实现了现代化,而人类却为此付出了巨大的资源与生态环境代价。随着全球能源资源需求快速增长,市场价格也快速攀升。从图1可见,2009年,亚太地区能源消费4147.2百万吨油当量,在全球占比高达37.1%,已高于北美和欧洲地区。从图2可见,布伦特原油价格从2000年的28.5美元/桶逐年升至2008年的97.26美元/桶,升幅高达241%; 2009年虽有所回落,但仍比2000年的原油价格上升了116%。
 
图1 2000~2009年全球各地区能源消费走势




 
图2 2000~2009年布伦特原油价格走势

      

     

      可以预计,未来二三十年,全球将有20~30亿人口步入现代化进程,这将为全球经济的发展注入前所未有的动力和活力,但也必将对地球的能源资源形成新的挑战。
    近30年来,我国的能源资源需求也呈快速增长之势,总量巨大,结构不合理,对外依存度上升,能源利用效率较低,单位GDP能耗强度高,其中制造业耗能占据较大比重。2009年,我国能源消费总量达31亿吨标准煤,我国的总体能源利用效率为33%,较发达国家低10%左右;而我国电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻纺等八大行业主要产品的单位能耗平均水平却比国际先进水平高40%左右。
 
图3 2004~2009年我国能源消费总量及同比增速

     

      未来20年,我国制造业如果单纯依靠数量增长,将是能源资源和环境所不能承受的。因此,我们必须依靠科技进步,采用绿色制造技术,在提高产品质量和附加值的同时努力降低能源资源的消耗和排放。
我国在能源消费中煤炭占比过高,已是全球****的煤炭消费国。2009年,我国一次能源消费总量中,煤炭、石油、天然气所占比重分别为69.6%、19.2%和3.8%。
    我国对进口原油的依存度已突破50%。2009年,我国共进口原油2.04亿吨,进口依存度已达54.42%。从各国的经验看,对外依存度50%是一条安全警戒线。《全国矿产资源规划(2008~2015)》中指出,如果不加强勘探,并转变经济发展方式,到2020年,我国油气对外依存度将上升至60%。
    资源对我国经济发展的制约不断增强,我国对铁矿石、部分有色金属的进口依存度更较高。2009年,我国铁矿石对外依存度大幅提升,至63.9%。从图4可见,2002~2009年,我国进口铁矿砂及精矿逐年增长,2009年已达到6.28亿吨,比2002年增长了463%,进口均价从24.83美元/吨升至79.87美元/吨,升幅达222%。
 
 
图4 2002年~2010年8月我国铁矿砂及精矿进口量和进口价格走势

     

      我国铜、铝和镍3种重要有色金属资源比较短缺,对外依存度呈上升之势。铜:约2/3需从国外进口;铝:约4成来源于国外;镍:约6成依赖进口。展望未来,全球有更多的人口将要实现现代化,地球上的有限资源应为更多人世代公平可持续分享,这就要求我们必须走一条可持续发展之路,开拓一条资源节约、循环利用、循环制造的绿色之路。
    (二)地球上有限的生态环境承载能力决定了人类必须走一条生态环境友好、绿色低碳、无公害、可再生循环的制造发展之路
    工业化以来,由于人类消费水平的持续提升、工业与生活废弃物排放超过了地球自然生态系统的承载和消化能力,致使地球生态系统退化,生物多样性锐减,大气、饮用水、土壤污染,危及食品安全和生命健康。二氧化碳(CO2)等温室气体的过多排放,加剧了全球气候变化。
    30多年的改革开放,使我国经济总量已经超越日本跃居美国之后列全球第二位,但由于我国尚处于工业化的中期,部分产能的技术相对落后,致使单位GDP能耗和排放水平远高于日本、欧美等工业化国家,工业、农业和城乡生活污染交织,全国2/3的大江、大湖受到污染,酸雨频发,工业废弃物造成的重金属污染危害严重。可以说,中国制造业总体上仍处于高消耗、高排放、低综合利用率的粗放发展阶段。
    我国二氧化硫排放量居********,工业排放是二氧化硫的主要来源。国家环境保护部的数据显示,2009年,全国二氧化硫排放总量达2214.4万吨。2008年,我国二氧化碳排放占世界排放总量的21.8%,已成为全球二氧化碳排放大国。制造业是目前我国污染物排放的主要行业,二氧化硫和二氧化碳排放分别占全国排放总量的86%和37%。生态环境日益恶化已给我们敲响了警钟,而改善生态环境必须减少排放、实施源头治理,依靠科技创新,发展绿色制造业。
    (三)ICT技术的发展为智能制造提供了技术基础
    传感技术、计算机技术、现场总线、因特网、软件技术等已成为机械电子产品、数控技术、CAD/CAM/CIMS的技术基础,也为基于计算机和网络的ERP提供了基础。使得全球市场信息、客户需求和对产品的信息反馈得以及时、准确、高效的智能处理,不仅提高了产品的设计、研发水平和效率,提高了产品和制造过程的自动化、智能化水平,还可以提高产品和制造过程的资源能源利用效率,减少排放,改善环境友好,提升绿色制造水平,从而使按小批量订单要求、乃至个性化制造与服务成为可能,满足全球市场多样性、个性化需求。
    国外制造企业对智能制造普遍给予了高度重视,智能制造已经成为企业赢得竞争优势的重要途径。例如,美国波音公司在波音777客机的研制中,由于使用了先进的产品开发设计技术,使研发周期缩短了40%,成本降低了25%,出错返工率降低了75%,用户满意度也大幅度提高。罗尔斯&S226;罗伊斯公司通过智能制造在竞争中脱颖而出,航空发动机的智能化水平不断提升,并逐步确定了位列全球三大航空公司的主导地位。智能制造在汽车领域的深度应用,正在推动汽车产业发生革命性的变化。汽车的燃油系统、控制系统、底盘系统、车载系统及汽车行驶的调度系统等都依靠信息技术来实现智能化。又如,施耐德电气在应用了ERP物流系统后,将高度精细化和智能化的制造执行系统(MES)进一步引入整个生产过程,实现了智能制造。
    (四)全球信息化、网络化为智能制造和营销服务提供了空前的信息、知识和市场空间
    基于无线传感网、Internet、物联网、云计算、全球知识与技术创新,创造了一种全新的全球网络智能制造和服务模式,使得制造业的市场信息、知识技术、材料装备、资金人才、管理服务等要素得以在全球范围内更自由、更便捷地流动和更有效地优化配置;后金融危机时代,全球科技创新加速发展,重大技术进步和技术革命推进制造产业技术变革,战略性新兴产业快速崛起,将加速产业结构调整和经济社会发展方式的转变;中国、印度等新兴市场七国(E7)经济的快速发展,全球经济信息化、网络化、市场化、贸易自由化和全球制造趋势锐不可挡,将为全球智能制造和营销服务提供空前的发展空间,将使更多的人可以共同参与,公平受惠,更好地满足全球多样性、个性化和具有不同文化背景与品味的人群对于产品及服务的多样需求。
    (五)绿色、智能制造是进一步提高中国制造的全球竞争力、实现由“制造大国”向“制造强国”跨越的必由之路
    到2010年5月,我国已超越德国成为********制造出口大国。能源、炼油、核电等成套设备的制造集成能力已有很大提升,但与国际先进水平仍有明显差距,表现在关键核心技术创新能力、产品能耗物耗与排放水平、产品精度效率与全球服务的信息化、智能化水平、自主知识产权与全球著名品牌。可以预计,后金融危机时代,全球制造业竞争会更趋激烈,竞争的关键将集中在产品的性能和效率、智能化程度、环保与低碳性能等。目前,我国制造业总体仍处于全球制造业产业链的中低端,关键核心技术和部件仍依赖进口。2009年,我国已经超越美国成为全球汽车制造第一大国,但自主品牌占据的销售份额不到1/3;出口还主要集中在中东、非洲、东南亚和南美等发展中国家。我国已是********机床生产大国,但先进数控技术单元和高档数控机床仍依靠进口。
 
图5 2000年~2010年上半年我国金属加工机床进、出口额对比

     

      当前世界面临能源资源紧缺,二氧化碳过度排放、空气污染,均与化石能源的燃烧相关。目前,以美国、欧盟和日本等发达国家正在设置更严格的汽车油耗和排放以及安全标准,发展节能和新能源汽车是全球汽车产业未来竞争的焦点。发达国家的生产和消费偏好也正在发生重大变化,越来越多的跨国公司正努力成为推行低碳经济的先导力量,把持低碳经济和技术标准的制定权,绿色标准、环境友好、低碳等技术性贸易壁垒还会进一步抬高。因此,进一步提高中国制造的全球竞争力,提升我国制造业在全球制造业价值链中的地位,实现我国制造业由大变强的历史跨越,也必须走绿色、智能制造之路。
    二、绿色、智能制造是战略性新兴产业的重要支柱
绿色、智能制造将为传统产业提供资源节约、节能减排、环境友好、提升信息化水平的技术和先进装备支持,也将为新能源、新材料、生物医药、新一代信息网络、智能电网、绿色运载工具、生态环保、海洋空天、公共安全等战略性新兴产业的发展提供先进的技术装备。因此,毋容置疑,绿色、智能制造是战略性新兴产业的重要支柱。
    (一)绿色、智能制造是战略性新兴产业的重要组成
    环境友好材料,节能减排绿色工艺,绿色智能产品和装备制造等组成了一条宏大的创新制造产业链,而且还可带动包括研发设计、信息物流、咨询服务等在内的相关产业的发展,促进环境友好、资源节约、节能减排、可再生循环材料的绿色制备加工等产业的升级改造,为全社会提供各类绿色智能消费产品、公共产品和产业装备,促进基于信息与知识的现代服务业的发展,为人类的绿色、知识文明时代提供可为更多人分享的产品和装备支持。
    绿色、智能制造体现了高端制造业的基本特征。高端制造业是七大战略性新兴产业的重中之重。绿色、智能制造体现了高附加值、低消耗、环境友好等高端制造业的基本特征,是高端制造的重要组成和技术支撑。产品的绿色、智能化可在使用和回收循环过程为用户和社会创造更大的经济价值。产品的绿色智能设计和研发将不断减少产品的零部件数量和生产过程中的能耗,围绕产品的全价值链进行绿色管理,推动实现从原材料到废弃物回收的资源能源节约、可再生循环、绿色低碳的循环经济。
    (二)绿色、智能制造将为战略性新兴产业的发展提供先进装备
    绿色、智能制造将为节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车等提供先进的装备支持。基于物理、化学、生物的诸如激光、粒子束流、化学沉积、等离子、生物技术等前沿科学技术与先进制造工艺将被引入制造过程。新的节能减排、绿色环保工艺将被开发应用,基于无线传感网、物联网、无线宽带网、知识和海量数据为基础的智能设计制造、营销服务将产品、装备、制造和服务的智能化水平进一步提高,从而为战略性新兴产业提供更先进的技术装备和服务。
    绿色、智能制造几乎覆盖了战略性新兴产业的各个领域,是现代装备产业中最核心、******的部分。通过实现设计制造过程数字化和智能化,进一步优化制造和工业过程,提高产品质量和可靠性,提高效率,降低成本。缩短从新产品设计、研制、规模生产和市场营销服务的周期,提升经济、社会和生态环保效益。
    绿色、智能制造将为战略性新兴产业提供先进智能设备
    例如:为废水处理提供先进的智能设备。利用智能排污监控系统、无线数据采集处理器、设备运行监控仪、污水远程自动取样仪、工业废水全自动处理系统、固废处置回收系统、水源在线监测预警系统等智能化系统等,为污染物的总量控制、总量收费、排污权交易和总量减排提供科学方法和智能装备。
    为风力发电并网提供智能设备。与其他清洁能源相比,风电是目前应用最广的可再生能源,但具有不稳定和随机性的特点。风能的规模利用最终取决于与电网并网运行的实现,大规模风力发电并网运行要求发展智能电网。智能电网高性能逆变控制器可以解决风力发电不稳定等可再生能源并网运行的动态控制问题。
    为生物技术产品的规模化、高效率生产提供智能设备。生物制药产业已成为当今世界上最活跃、发展最快的产业之一。在生物制药行业采用现场总线等智能控制可实现多参数、分布式控制,提高系统的可靠性、灵活性和可扩展性,将为我国的生物制药行业提供更先进的设备。
    新材料的制备需要先进的智能设备。新材料的制备和质量的提高依赖于新技术、新工艺的发展和精确的检测控制技术。大规模连续式材料制备设备、材料智能合成与制备、材料表面改性技术、低成本批量生产尤其需要智能化的控制及动态实时监测分析系统。
    为信息网络产业提供先进技术装备。如人脸识别、视频内容分析、机器翻译、语音语义识别与合成、海量信息知识处理、云计算等系统技术集成可在智能信息网络处理、信息服务、信息安全、低成本信息化等方面满足国民经济各部门的需求。在网络领域,通讯网、广播网、物联网与互联网等多网融合等关键技术装备将推进下一代网络普及应用和产业化。
    为新能源汽车的能量控制和管理提供智能设备。通过对批量车辆的在线控制、车辆数据的实时传输、故障诊断专家系统实现诊断处理的智能化,保证车辆运营的可靠性、安全性和效率。
为高端制造业提供先进智能设备。智能系统对解决产品设计、生产制造乃至产品整个生命周期中多领域间的协同合作提供了智能方法,也为并行设计、系统集成以及实现高端智能制造提供了更有效的手段。
    三、战略性新兴产业的发展需求为绿色、智能制造技术和产业的发展注入新的动力
    展望未来,新能源、新材料、生物医药、新一代信息网络、智能电网、绿色运载工具、生态环保、海洋空天、公共安全等全球战略性新兴产业将形成十数万亿美元规模的宏大产业,成为发展速度最快、采用高新技术最为密集、最具持续增长潜力的产业群落。战略性新兴产业的发展需求将拉动制造技术的创新,拉动制造业的结构调整,为绿色、智能制造技术和产业的创新发展注入新的强大动力。
    战略性新兴产业的发展需求拉动制造技术的创新。新能源、新材料、生物医药、新一代信息网络、智能电网、绿色运载工具、生态环保、海洋空天、公共安全等全球战略性新兴产业集当代先进科学技术之大成,在材料结构与功能、制备与处理,能量的转换、存储、传输和利用,信息的获取、存储、传输和处理,生态环境的保护与修复,自然灾害的预测预警和防灾减灾,安全高效、节能低碳、清洁舒适的运载工具的研发、制造和运行,海洋空天的探索和利用,传统和非传统安全的防范和应对等领域呼唤并推动科技创新。这些领域的发展需求,都将通过相应的装备制造转变为绿色、智能产品和先进制造与服务能力,将全方位地推动制造业的创新与突破。
    战略性新兴产业的发展需求拉动制造业结构调整。新能源、智能电网的发展将拉动太阳能、水力发电、风力发电、核电、生物质能等装备制造业的发展,推动智能电网关键核心设备诸如先进储能、电力逆变及控制设备制造业的发展;生物医药和生态环保产业的发展将拉动生物医药和生态环保产业制造业的发展;绿色运载工具、海洋空天等产业的发展将拉动节能、电动汽车、轨道交通、高附加值造船、石油钻井平台等海洋工程装备、飞机、航天器和应用卫星以及地面终端设备等制造业的发展;新一代信息网络和公共安全的发展将拉动信息网络装备、智能终端设备,公共安全监测和处理装备的发展等。这些发展必将极大地拉动制造业的结构调整。
    战略性新兴产业为制造业进入高端应用领域带来了广阔的前景,也提出了更高的要求。战略性新兴产业的催生,技术成果的产业转化,低成本、高可靠性、量产规模化的实现,无不需要装备制造业为其提供智能化、绿色化的技术装备。
    构建高效、清洁、可持续的能源体系,需要通过高端技术装备实现可再生能源规模化发展。例如,太阳能光伏发电应集中突破大规模储能和输电技术;生物质能应重点发展沼气综合循环利用和生物燃料技术及装备;先进核能技术应以提高核电站安全性、经济性、核乏料最少化为主要目标的第四代核技术及装备为发展方向。
     为解决新能源汽车规模化生产过程中出现的电机、电池、控制单元等关键零部件的生产技术瓶颈,需要我国装备制造业加快研发新能源汽车关键零部件制造设备。
    经济、社会和国防需求的新材料产业要求装备制造业提供超级结构材料、新一代功能材料、环境友好材料和生物医用材料的制备技术和装备。主要为:航天航空用高性能结构材料,如高性能复合材料、铝镁钛轻合金、推进和动力系统用高温合金制造工艺装备;高性能钢铁材料技术装备、大块非晶和纳米晶材料制造技术装备;微纳电子材料和器件制造设备;光电子材料与器件的制造设备;白光照明材料与器件制造设备等。
    节能环保型装备是低碳经济、绿色经济、循环经济的载体。节能环保设备将在能源、制造、交通、建筑、民生等广阔的领域发挥作用。主要有:研发和应用水、大气污染、固体废弃物防治技术与设备;清洁生产技术与设备;废弃物破碎、分选、无害化处理及循环利用技术与设备,资源再生利用技术与设备、可再生能源储存技术与设备;有毒有害物质的检测技术与设备;煤炭高效清洁利用技术装备、超临界、超超临界等大容量、高效率、低污染的煤炭直接燃烧技术装备以及基于煤气化技术的多联产技术装备。
    需要装备制造业通过继承创新,提供利用智能化、绿色化技术的高效、低耗、污染排放量小、原材料消耗低、能降低副产物的生物医药产业工艺装备。提供微纳米加工、生物芯片加工的可靠性、低成本的量产化的装备。
    为物联网(传感网)提供智能传感器关键技术及其制造设备,网络虚拟化技术以及支持海量存储/云计算等资源的网格技术及装备,并研究高效网络数据交换、路由以及端到端管理、安全保障等关键技术和设备,以支持对当前互联网技术的改善以及面向后IP网络的平稳过渡;为超大规模集成电路制造、纳米电子器件、光电子器件、高密度磁存储器件、微电子机械系统(MEMS)提供制造工艺装备。
    为高端制造业提供绿色、智能装备是我国迈向制造业强国的关键。发展光机电一体化基础技术,特别是微机电系统和机器人技术、核心单元技术、传感器技术、数控机床技术;突破重大成套装备制造关键技术,特别是大飞机及关键技术、新一代运载火箭及关键技术、大型清洁火电与核电设备及关键技术、海洋工程装备及关键技术、新一代节能型轿车设计制造技术等;创造更多世界一流的高端制造产品,并提供民生用智能、绿色装备等。
    四、中国机械工程学会应进一步解放思想、开拓创新,为绿色、智能制造技术与产业的发展做出新的贡献
    全球金融危机和经济衰退发生以来,美欧日俄等各国为应对危机、复苏经济、抢占未来发展的先机和制高点,都在重新审视发展战略,增加创新投入,培育发展以新能源、节能环保低碳、生物医药、新材料、新一代信息网络、智能电网、海洋空天等技术为支撑的战略性新兴产业。可以预计,未来的二三十年将是世界大创新、大变革、大调整的历史时期,人类将进入一个以绿色、智能、可持续发展的知识文明时代。那些更多掌握绿色、智能技术的国家和民族将在未来全球竞争合作中占据主导地位,发挥引领作用,赢得全球竞争合作,共享持续繁荣进程中的主动权和优势地位。
    为应对金融危机和实现中国经济社会的科学发展、和谐发展、持续发展,党中央、国务院提出加快调整产业结构、转变经济发展方式,加快培育和促进战略性新兴产业发展的方针,制定实施中长期科技发展战略纲要、人才发展战略纲要、中长期教育发展战略纲要,启动实施重大科技战略专项、十大产业振兴计划,今年9月8日又审议并原则通过了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》以及相关政策举措。可以肯定,未来5~10年将是我国改革创新发展的一个新的战略机遇期,我们将通过继续深化改革,扩大开放,通过提升自主创新能力,建设创新型国家,实现我国科技、产业、经济由大变强的历史性跨越,我国经济社会发展将走出一条依靠创新驱动,绿色智能,科学发展、和谐发展、持续发展之路,实现中华民族的伟大复兴。
    未来5~10年也将是我国制造业依靠科技、体制和管理创新,走绿色智能之路,调整产业结构,转变发展方式,实现由大变强的关键时期,我国制造技术和产业正面临着前所未有的新挑战和难得的发展机遇。中国机械工程学会是中国机械工程师的学术团体,自创建以来,形成了促进机械工程科技创新,团结和培育机械工程科技和产业的创新创业人才,推进机械装备产业振兴与发展,奉献国家、造福人民的光荣传统。在这新的历史时期,我们应当继承和弘扬我会的光荣传统,以高度的历史使命感和时代的责任感,把握机遇,迎接挑战,积极调整我会的工作重点,创新工作方式,为我国产业结构的调整、发展方式的转变,为促进我国战略性新兴产业的发展,为以绿色、智能、普惠和可持续发展为特征的我国先进制造技术和产业升级做出新的卓越贡献。
    1. 努力促进相关学科的交叉与融合,共同推动绿色、智能制造技术与管理的进步和创新突破;
    2. 努力通过战略路线图研究、学术交流、技术培训、组织专业会展等,引领推动绿色、智能先进制造技术与管理的创新和推广;
    3. 努力促进和推动包括研究生、大学本科、职业教育、继续教育、工人技能培训在内的机械制造工程教育的改革,为我国绿色、智能先进制造技术和产业创新创业人才的培养,为我国人力资源的素质和专业技能的提高做出新的贡献;
    4. 努力推进产学研结合,通过多种方式为企业提供信息技术、管理咨询服务等提升企业,尤其是中小企业的绿色、智能先进制造技术创新发展的能力和水平,加快推进以企业为主体的技术创新和有特色的产业区域集聚和升级, 着力加强关键核心技术的自主创新, 重大装备集成创新, 提高基础、共性技术以及基础件的技术水平和质量;
    5. 通过举荐表彰奖励优秀人才和优秀企业,促进绿色、智能制造技术的创新,促进企业创造更多的国际知名品牌,发展更具国际竞争优势的中国绿色、智能先进制造产品和企业。
 
转载自中国机械工程学会网(http://www.cmes.org/file/c16i122t2010112592201.html)
 

 

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