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基于“工业4.0”的职业教育转型

2015-01-31陆启光

职教论坛 2015年16期
关键词:工业4.0工业职业

□陆启光

基于“工业4.0”的职业教育转型

□陆启光

“工业4.0”时代是基于信息物理系统的互联网、物联网和服务网集成的社会,具有智能化、信息化、分散化、个性化的特点,在制造业中表现为“智能工厂”和“智能生产”,在整个经济社会中则表现为智能化生产、智能化管理和智能化服务,人类社会进行智能化时代。为了主动适应时代的发展变化,职业教育需要进行如下变革:观念转型,将一次性职业教育转到终身性职业教育;发展战略转型,从着眼于区域转到面向全球;培养目标转型,从培养单一型技能人才转到培养复合型高技能人才;专业标准和课程标准转型,从制定国内标准转到与国际标准对接。

“工业4.0”;智能化;职业教育;转型

上个世纪以来,尽管经历了多次的世界性经济危机,但是德国的经济始终保持良好的发展势头,其中奥妙是其先进的制造业和独特的职业教育。现今为了迎接“工业4.0”时代的到来,德国职业教育界未雨绸缪,摩拳擦掌,其他职业教育先进国家也在思考如何应对智能化生产时代的到来。我国的职业教育以培养生产一线技能型人才为目标,必须与时代脉搏相共振,顺应世界职业教育的发展趋势,主动转型,主动适应。

一、从“工业1.0”到“工业4.0”

“工业1.0”指的是始于18世纪后半期的第一次工业革命,其标志是蒸汽机的出现,其结果是机械生产代替了手工劳动,实现了生产的机械化模式,人类社会进入工业化时代。“工业2.0”指的是始于19世纪后半期的第二次工业革命,以生产线的大规模生产为标志,其结果是通过零部件生产与产品装配的成功分离,开创了产品批量生产的新模式。20世纪70年代以后,随着电子工程和信息技术对工业过程的充实,实现了生产的最优化和自动化模式,人类社会进入自动化时代。“工业3.0”指的是始于20世纪后半期的第三次工业革命。以电气和信息技术的引入实现制造业的自动化为标志,其结果是生产过程的高度自动化。自此,机械能够逐步替代人类作业,人类社会进入高度自动化时代和知识经济时代并逐渐进入信息化时代。

“工业革命4.0”简称“工业4.0”,始于本世纪初期,在德国被认为是第四次工业革命。“工业4.0”是2011年11月德国政府公布的 《高技术战略2020》中的一项战略,其要旨是支持工业领域新一代的革命性技术研发和创新,增强德国工业的国际竞争力,使德国工业在新一轮的工业革命中掌握先机。2013年4月,德国成立了“工业4.0小组”,并在汉诺威工业博览会上发布了最终报告《保障德国制造业的未来:关于实施 “工业4.0”战略的建议》(Securing the future of German manufacturing industry:Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0),提出德国在向“工业4.0”转变过程中需要采取双重策略,成为智能制造技术的主要供应商和CPS(Cyber-Physical System,信息物理系统)技术及产品的领先市场。报告还展望了德国“工业4.0”战略的发展前景,认为通过网络技术,能够实现对生产制造过程等的实时管理[1]。“工业4.0”时代的到来意味着人类社会逐渐进入智能化时代。

在欧美发达国家抓紧实施“工业4.0”战略的早期,我国也启动了相关的行动。2013年1月,由中国工程院联合工信部、国家质检总局牵头实施的“制造强国战略研究”重大项目,到2014年1月升格为由工信部、发改委、科技部和国资委等联合编制的“中国制造2025规划”,被认为是中国版的“工业4.0”,其核心是将体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化和智能化制造作为今后我国制造业发展的主攻方向。

关于“工业4.0”的作用,其意义从德国产学研联盟通信促进小组成员赫尔比希·尤纳斯(Johannes Helbig)博士的话可窥见一斑。他认为,“物联网和服务互联网蕴含着制造业创新的巨大潜力。如果我们成功地将基于Web的服务注入到‘工业4.0’中,那么我们将扩充这种无限潜力的范围。”[2]这是“工业4.0”对制造业所产生的重大作用。关于 “工业4.0”对国家的宏观发展战略的作用,“工业4.0”工作组联席主席戴斯·西格弗莱德(Siegfried Dais)博士认为,“很显然,在共同努力的过程中,德国在制造技术与机械工程领域拥有所有必需的竞争力,也能够确保其在未来的物联网和服务互联网中维持原有的全球成功。”[3]这就是德国进行“工业4.0”的真实意图。在我国,工信部国际经济技术合作中心电子商务研究所所长王喜文博士明确指出了我国正在进行相关政策制定的目的,“目前,工信部等部委也正在借鉴德国经验,编制《中国制造2025》,力求促使中国成为工业强国。”[4]

二、“工业4.0”时代制造业与传统制造业的区别

“工业4.0”时代的制造业是基于工业大数据分析的制造业,与传统制造业有很大的不同。美国NSF智能维护系统产学合作中心主任李杰教授认为,传统制造模式可以描述为一个5M系统,它包含了材料(Material,特性和功能)、机器(Machine,精度和加工能力)、方法(Methods,效率和产能)、测量(Measurement,探测和改进)和建模(Modeling,预测、优化和防范)。而“工业4.0”的制造信息系统则是一个具有6C功能的系统,它包含连接(Connection,传感器和网络)、云(Cloud,任何时间及需求的数据)、虚拟网络(Cyber,模式与记忆)、内容(Content,相关性和含义)、社群(Community,分享和交际)和客制化(Customization,个性化服务与价值)[5]。这是“工业4.0”时代制造业与传统制造业在系统功能上的重大不同。

在对所收集工业数据的深度、广度、加工程度及数据所产生的价值上几方面,基于“工业4.0”的制造业与传统制造业也有较大区别。在传统制造业模式中,单纯将传感器连接到设备上或者将一台设备与另一台设备进行连接,只能实现生产的自动化,不能给用户提供足以做出更好决策所需要的信息,使得本来就有限的数据价值又大打折扣。与之不同的是,“工业4.0”将先进的计算和信息物理融合系统结合起来,对制造设备本身以及制造过程中产生的工业大数据进行更深入的分析,并给用户提供了足以做出更好决策所需要的信息,使得工业大数据落地并产生实用价值,实现了在智能工厂中进行智能生产和智能管理,进而提高了制造商的市场竞争力。

从具体的生产方式上看,也能看到“工业4.0”时代的制造业与传统制造业的区别。“工业4.0”时代的制造业是以信息物理系统为基础来实现动态配置和模块化生产的生产方式。在这一生产过程中,传感网是物联网和服务互联网的高度集成,它将与设计、开发、生产有关的所有数据通过传感器采集并进行分析,形成了可自律操作的智能生产系统。与此同时,从事作业的机器人(工作站)通过网络实时访问有关信息,并据此自主切换生产方式以及更换生产材料,从而调配出最匹配模式的生产作业,这是一种能够随时变更设计方案的生产方式,是一种便捷、灵活、快速、高效的定制化生产。与这种敏捷制造不同,传统的生产方式由于受到硬件、软件的限制,产品需要由众多的生产线和生产车间来完成,生产只能按照事先设计好的工艺流程进行,生产工人也掌握不了整个生产流程,不能够动态、有机地调整和重构成新的生产方式,这不仅严重限制了生产的灵活性,产品的个性化需求更是难以得到满足。

三、基于“工业4.0”的职业教育转型

(一)观念转型:从一次性到终身性

在传统的职业教育模式中,常常把职业教育作为阶段性的职前教育,此后的继续教育主要是一种学历提高教育,而非生存能力提高、生活能力提高和职业能力提高的教育。这种一次性或称阶段性的职业教育观与生产力发展水平不高、科技进步有限的一般工业社会和初步自动化社会是相适应的。但当历史的车轮滚动到二十世纪末尤其是进入二十一世纪后,这种非连续性的职业教育观已经逐渐落伍甚至成为阻碍职业教育健康发展的绊脚石了。

当人类社会进入二十世纪九十年代后,科技发展的步伐越来越快,特别是信息技术的飞速发展及其与社会生产和生活的联系日益密切,大规模的“人力+机器”的工业生产被高度自动化的机器大生产所取代,生产中机器人逐步代替具有生命现象的人,工人主要是通过操纵机器和机器人来进行生产。此时由于科学技术的更新换代导致了产业工人职前所接受的职业教育不能满足生产的需要,并且还会由此促使职业发生变更。正是在这样的背景下,联合国教科文组织将1999年在汉城召开的第二届国际技术与职业教育大会的主题定为“终身学习与培训——通向未来的桥梁”,在会议所通过的《技术和职业教育与培训:21世纪展望——致联合国秘书长的建议书》中提出“以终身教育的思想去审视职业教育”,将技术和职业教育与培训 (即TVET)纳入终身教育的范畴,认为“技术与职业教育应融入终身教育之中,必须更有效地与中等、高等及成人教育相结合。”职业教育、技术教育、培训都应该是终身教育的一部分,“在技术和职业教育与培训的教与学过程中,应引进新的信息和通讯技术,同时注意不要抛弃传统教学方法中有价值的部分。”并且认为“职业教育应与普通教育、成人教育、高等教育等各类教育建立起一种相互衔接、相互沟通、相互补充的关系。”[6]要求职业教育必须对社会变革做出足够的应对,面向全民,从普通教育阶段就应渗透职业教育,面向可持续发展,贯穿一个人的整个人生。在2012年第三届国际职业技术教育与培训大会所达成的 《上海共识》中也认为 “将TVET与普通教育衔接起来,以增强所有层次教育路径的灵活性,并促使TVET学习者向高等教育层次晋升,这也是终身学习战略的一部分。”[7]

在“工业4.0”初露端倪的时候,德国的职业教育界已经做出了回应。在上个世纪末,德国就制订了较为完善的15个进修职业条例[8],着手构建双元制终身职业教育体系。1999年,联邦教育研究部和金属工业工会以及信息技术专业协会共同发起了“向信息业缺乏专业人才进攻”计划,在“2003职教攻势的联合声明”中,“联邦政府、经济联合会和工会一致强调其共同目标是:使所有谋求职业教育的青年人都有可能接受‘双元制’职业教育”[9]。2008年夏季开始,为了使那些历年未能找到工作的青年更多地接受职业教育,同时也为了进一步鼓励行业企业参加、参与职业教育的积极性,德国联邦劳动局设立了职业教育促进补贴资金办法,规定:企业每增加一个职业教育的学习位置,将由政府给予4000-6000欧元的资助。德国政府将为此项鼓励政策提供4.5亿欧元[10]。由此可见德国的职业教育已经进入全民化、终身化时代。

我国现在正在进行以创新驱动和掌握核心技术为主的产业转型升级,大量的机器人也逐渐进入企业代替人工操作。“根据国际机器人联合会(IFR)的统计报告,工业机器人2013年全球销售量约17.9万台,需求达到了历史最高点,同比增长12%﹔其中,在中国销售量约3.7万台,销售量全球排名第一,同比增长60%。中国成为最大的机器人消费国。”[11]我国开始步入以智能制造为标志的“工业4.0”时代。德国联邦教研部国务秘书舒特·格奥尔(Georg Schütte)博士认为,“工业4.0”将需要适合于中小企业发展的技术和组织的解决方案,需要在企业中利用专门技能、以员工为本的工作方式和基于车间的培训模式,将是其实现“工业4.0”的关键[12]。表明了在未来的时代里,由于技术更新换代的频率加快,早期终结型职业教育已经满足不了企业及产业工人的需要,职业教育必须从一次性向终身性转型,职业教育必须像成人教育和继续教育一样,随时随地地满足产业工人对学习和培训的需要。或者说职业教育不但要向前延伸,在基础教育中渗透职业教育,职业教育还要向后延伸,与成人教育和继续教育融为一体。在终身教育时代,将职业教育称为终身职业教育也许更为恰当。

(二)战略转型:从区域到全球

一般认为,区域性是职业教育的一个主要特点,其依据是职业院校坐落在一定区域内,为一定区域内的社会生产服务。在具体服务对象上看,这一说法目前是正确的,但从长远发展来看,这一说法还是有些失当的。

由于科技的进步,特别是信息技术突飞猛进的发展,自二十世纪九十年代末开始,人类社会逐步走进了全球化时代,全球经济一体化已经不可逆转,国家变成了村落,地球村悄然来临,期望未来,地球部落指日可待。

从表面上看,全球化时代是经济的全球化和社会生活的全球化,而其实质则是科学技术的全球化。2001年美国兰德公司发表了《全球技术革命:2015年生物、纳米、材料技术发展趋势及其与信息技术的融合》(简称《GTR2015》),2006年该公司又发表了《2020年全球技术革命》(简称《GTR2020》)的技术预测报告。《GTR2015》的主要结论是:世界正在经历一场全球性的技术革命,这场革命正在加速生物科技、纳米科技、材料科技与信息科技的融合过程。《GTR2020》则从应用角度提出了到2020年可能形成的技术系统和产品的56项技术,这些技术将对全球科技、经济和社会发展产生重大影响,其中也指出了对我国产生重大影响的前10位技术:转基因农作物技术、无处不在的无线射频识别标签技术、量子计算机技术、机器人科学家技术、迅速生物测定技术、乡村地区的无线通讯技术、案例数据传送技术、无处不在的信息访问技术、后代的基因选择技术、大脑中植入芯片技术[13]。这些预测在我国有的已经成为现实,如近年来我国实施的“村村通”工程已经使得移动通讯技术覆盖了绝大部分的农村地区。

科学技术、发明创造虽然存在专利权问题,但是其利用和开发的全球化趋势已经势不可挡。当前,仅研发方面就存在五大全球化趋势:一是研发外包成为研发全球化的重要形式;二是新兴国家和地区日益成为研发全球化的重要参与者;三是服务业研发快速增长,成为研发全球化的新内容;四是研发产业蓬勃发展,成为研发全球化的新动力;五是加强与东道国本土机构的合作,成为跨国公司海外研发策略的重要取向[14]。跨国公司把核心技术和基础研究转移到中国开展,“在中国为世界”的反向创新模式成为很多跨国公司研发机构的重要趋势,通过人才引进、人员交流、合作研发、研发外包等方式提高国际化发展能力已经成为国内外众多企业的战略选择。

为了应对上述的全球化趋势,德国开发了职业教育国家学分制系统,这一系统兼顾了欧洲职业教育学分制系统,以利于促进职业教育的开放,其《职业教育条例》面向欧洲或国际需求的职业提高教育,其《职业教育框架计划》和《职业进修教育条例》强调要扩展与邻国共同举办跨边界职业教育考试的试点。另外,德国政府还鼓励并支持青年人在国外接受职业教育或职业培训,以提高专业人才和企业长期的国际竞争力,计划到2015年将有国际职业教育或培训经历的人数增加一倍,到2010年,每年资助5,000人,并将国外职业教育资助的期限延长至6周到3个月[15]。加入WTO之后,我国的科技、经济和社会的全球化步伐进一步加快,以后的竞争和合作不再仅仅是区域性的经济、科技、人力和教育的竞争和合作,而是全球性的经济、国力、科技、人才和教育的竞争和合作,职业教育必须将眼光从区域转向全球,适应新常态下企业转型升级的变化,蓄势待发,培养国际化发展需要的新型高素质技能人才,做好新一轮发展的人力和智力准备。

(三)培养目标转型:从单一型到复合型

当前我国的职业教育遵循就业导向原则,就业率确实得到较好保障。在高等教育阶段,高职院校毕业生的就业率确实远远高于普通高校毕业生的就业率,其中原因主要是:无论是中职教育还是高职教育都把区域内的中小企业作为服务对象,专业设置和课程能紧贴当地经济和社会发展的需要,大多能实现学校与企业的无缝对接。这也是职业教育的特点和优势所在。但是,无论是就服务面向还是就当前我国产业的发展趋势来看,未来我国的职业教育将面临较大挑战。

党的十七大提出了要 “加快转变经济生产方式,推动产业结构优化升级”,十八大以来党中央更是多次强调要“加快推进产业转型升级,加强生态建设”。无论是产业结构的优化升级还是产业转型升级,其要义都是核心技术的自主创新。在2014年国际工程科技大会上,中国工程院院士李培根认为,“中国制造2025规划”内容是四大转变和一条主线:即由要素驱动向创新驱动转变;由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变;由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变;由生产型制造向服务型制造转变。主线则是将体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造作为今后发展的主线[16]。这就是今后我国制造业和产业的主要发展方向。

另外,从制造业综合指数分析来看,我国目前仍然处于世界第三方阵,但综合考虑发达国家工业化进程、我国的工业化进程、经济增长趋势等因素,因而有专家预测:我国的制造业将在2025年左右将进入世界第二方阵,迈入制造强国的行列;2035年左右可以赶超德国,位居第二方阵的前列,成为名副其实的制造强国;在2045年中国制造业有望进入到第一方阵,成为全球真正的制造强国。

无论是“中国制造2025规划”还是德国的“工业4.0”,都会导致生产方式发生重大变化。“据德国‘工业4.0’计划,未来工业生产形式的主要内容包括:在生产要素高度灵活配置条件下,大规模生产高度个性化产品,顾客与业务伙伴对业务过程和价值创造过程广泛参与,生产和高质量服务的集成等。物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统,成为未来工业的基础。”[17]由此也能看到未来生产过程对技能人才的要求,即不但要有特定的技能,还要有跨界的能力,熟悉整个生产过程,尤其是对技能人才的设计能力、管理能力、沟通能力以及利用物联网、互联网、服务网及大数据网的能力都提出了较高的要求。

尽管“工业4.0”在我国尚处于萌芽阶段,但企业开始使用一些机器人和3D打印技术时就已经面临着相应高技能人才的较大缺口。有报道称,“目前在机器人本体研发和集成领域,国内的人才严重不足,本地培训也跟不上,企业只能依靠互相挖人。库卡机器人广州分公司相关负责人说,他们在本地卖的机器人基本没人会用,公司要专门对企业进行培训,拿到库卡机器人培训合格证的技术工人,往往会被另外一个公司加薪两三千元挖走。”[18]麦肯锡调查报告显示,到2020年,中国将需要1.42亿高技能人才,若劳动者的技能不提升,中国将面临2400万的人才缺口。其中3D设计、电子等核心技术,缺口最大。而目前由于缺乏创新等因素的影响,职校则被称为仅是农二代的“收留所”而已[19]。在日趋智能化的时代,职业教育要解决技能人才在数量、质量方面的供求失衡问题的严峻挑战,必须通过创新来进行改革和发展,将“收留所”变成“智能所”,培养具有系统思维和创新思维的高素质复合型技能人才,才能确立自身在新时代中的新地位。

(四)标准转型:从国内到国际

如前所述,“工业4.0”的特点是“智能化”、“网络化”、“分散化”和“个性化”,其特征是以嵌入式系统为基础、基于CPS基础并集三网(互联网、物联网、服务网)之大成的智能化生产、智能化管理、智能化服务,其核心是“智能化”。

“工业4.0”社会是一个智能化社会,由于计算机技术将会浸入生产、生活、管理和服务等社会的方方面面,我们现有的生产方式和生活方式将会受到“颠覆”。基于效率的考量,避免由于技术问题而导致的“我行我素”所带来的混乱和矛盾,需要有一套大家共同遵守的行为准则,这就是标准化体系及其参考框架。而现实的情况是,受到发展水平、政治(如国家安全)、文化等因素的影响,各个国家和地区所制定和执行的标准会有所差异,如制造业系统包括多个复杂的模块,不同的国家、地区或者企业出于利益考虑在不同模块间所执行的接口与集成标准不一样,不能共通共融,造成了资源的极大浪费,这与“工业4.0”所追求的“绿色”理念是相背离的。

为了解决上述问题,“工业4.0”工作组制定了相应的行动计划表,其中涉及标准化和参考架构、管理复杂系统、建立全面宽频的设施基础、安全和保障、工作的组织和设计、培训和持续的专业发展、监管框架、资源利用效率,标准化和参考架构首当其冲。“工业4.0”工作组认为,实现目标的核心和关键是建立一个人、机器、资源互联互通的网络化社会,物联网、互联网、服务化的智能联接必然要求一个系统框架,在这个框架内,各种终端设备、应用软件,它们之间的数据信息交换、识别、处理、维护等必须基于一套标准化的体系,并且要将各个国家、地区和企业的标准都纳入一个新的全球参考体系。为此,“工业4.0”工作组建议在“工业4.0”平台下成立一个工作小组,专门处理标准化和参考体系的问题[20]。德国政界和产业界期待以此引领产业发展,以继续保证其机械制造业在国际的领先地位。

为了应对国际挑战,近年来我国加快了标准国际化的接轨步伐。1984年我国汽车行业就着手国际标准的转化工作,2001年国家质量监督检验检疫总局颁发了《采用国际标准管理办法》,将国际标准作为重要的经济技术发展政策。另外,我国也积极参与国际标准的制定,在日本东京召开的2013 年ISO/TC110工业车辆技术委员会系列会议上,由北京起重运输机械设计研究院组成的中国代表团4人,代表国家标准化管理委员会(SAC)参会,争取到把中文作为一种文字增加到新制定的标准中,这是我国工业车辆行业首次参与国际标准的制定,并将我国更多的工业车辆标准提案上升为国际标准,从而使我国工业车辆产品在进入和占领国际市场的程序更加顺畅,打破欧盟和北美的技术壁垒。2014年,我国提出的物联网体系架构国际标准获得了ISO/IEC的正式立项。在中国版“工业4.0”的建设中,我国将逐步建立起一套与国际接轨的标准化和参考架构,从而深度融入到国际分工当中。

职业教育为生产、管理和服务第一线培养高技能人才。产业发展的标准国际化趋势需要其做出及时的应对,主动适应社会发展的需要。第三届国际职业技术教育与培训大会所形成的 《上海共识》中指出,要“明确当前及未来的技能要求,确保TVET的适切性,以适应快速变化的劳动力市场及经济社会的发展要求。”“把‘绿色’经济和‘绿色’社会方面的教育纳入到TVET资格和项目中,并且加速‘绿色TVET’议程朝着低碳、适应环境的方向发展。”“努力提高各种类型TVET的质量,主要措施是改善其实施的多种背景,特别要对质量标准和规范进行定义。”改革资格框架,“采取有效措施进行国际水平的资格评估和认证”,并“把质量保证机制纳入到资格体系的所有环节。”[21]当前一些发达的职业教育国家对现代学徒制制订了一套较科学、严谨的评价监控体系,便于及时反馈项目进程和实现标准化质量管理。在德国,为了规范职业教育培养质量,政府公布了全国统一的三百多个职业标准[22],并且较早构建了国家资格框架 (DQR),“这一资格框架与欧洲资格框架是协调一致的,它的实施有利于改善各国资格的透明度,以实现不同教育体系和各国教育系统之间的通融性。”[23]该框架自2008年始开始运行,不但与欧洲一体化相吻合,更是因应了科技、经济和社会全球化对技术标准、人才标准的一致性要求,这也是“工业4.0”的基础和特征所在。目前,我国正在制定职业教育的专业标准和课程标准,必须紧跟产业、行业的国际化发展步伐,并根据其国际化趋势做出科学、准确的研判,将专业标准和课程标准定位于国际通用技能人才的培养,并引导其服务对象的国际化发展。

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[6]黄尧,刘京辉.国际职业教育发展趋势——第二届国际技术与职业教育大会综述[J].中国职业技术教育,1999(7):13-16.

[7][21]上海共识:第三届国际职业技术教育与培训大会“职业技术教育与培训的转型:培养工作和生活技能”的建议书[J].中国职业技术教育,2012 (16):56-248.

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责任编辑 韩云鹏

陆启光(1968-),广西乐业人,顺德职业技术学院高职研究所研究员,博士,主要从事职业教育发展研究。

2014-2015年度广东省高等学校质量工程项目 “广东省高等职业教育质量监控研究与实践”(编号:2015-JYYPT06),主持人:夏伟;佛山市2015年哲学社会科学规划项目“经济发达地区高职教育国际化发展路径研究——以佛山市为例”(编号:2015-BZ51),主持人:莫玉婉。

G710

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1001-7518(2015)16-0004-06

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