JP4386801B2 - 回転組立て台の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、量産される物品の組立て方法、その組立て装置およびその制御装置に関する。本発明は車両、とくに自動車の組立てに利用するための発明であるが、車両の組立て以外にも量産品の組立てに広く利用することができる。本発明は、本願出願人の先願（特願２００４−０６６５１６（本願出願時において未公開））に開示した発明をさらに発展させた発明に関する。

従来から広く知られている技術では、自動車の組立て製造は直線状のコンベアを利用して行われている。すなわち組立て対象である未完成の車両を直線状のコンベアに沿って移動させ、通過する作業エリアでその車両に逐次モジュールを追加して組付け、しだいにその完成度を高くしてゆく形態である。この直線状のコンベアの周囲には、組立てのために必要なモジュールを供給するモジュール供給エリアおよび作業エリアが設けられている。そしてこのコンベアの最終工程までに、車両に運転者が乗り込み自走してこのコンベアを離脱することができる完成度になる。

ここでこの明細書において「モジュール」とは、複数の部品により組み立てられた一つのまとまった形態をなす複合形態の部品を表すとともに、車両の組立て工程に供給される部品および材料を総称して「モジュール」と表示することにする。例示すると、エンジンおよび必要な関連部品が装着されたエンジン・モジュールは「モジュール」の一つであり、車両の製造工程で製造対象である未完成の車両に供給される車輪も「モジュール」の一つであり、製造工程の最終段階でほとんど完成された車両に供給される燃料その他液物も「モジュール」に含まれる。

上記の広く行われている従来例製造方法に対して、本願出願人は上記先願において自動車を一台ずつ（または２〜３台など少数台ずつ）回転組立て台の上で組み立てる方法を開示した。この先願発明の要旨は「複数の部品供給作業を一つの放射中心に向かって進行させ、供給される複数の部品を前記放射中心に設けた回転組立て台の上で車両として組み立てる車両の組立て方法」である。同じ出願に装置の発明として記載された内容の要旨は「複数の部品供給エリアが放射状に配置され、その放射中心に一つの回転組立て台が配置され、その回転組立て台を作業の進行にしたがって回転させる手段を備えた車両の組立て工場」である。

この先願発明を補足説明するために、一台のトラックを製造する場合を例示すると、工場内に円盤状の回転組立て台を設け、この回転組立て台をかりに一時間に一回転するように、つまり毎分６度の一定速度で回転させる。この回転組立て台は円盤状であり、その直径は例えば十数メートルである。その回転組立て台の周囲には、ほぼ扇形状に区分された複数のモジュール供給エリアが設けられ、はじめに第一のモジュール供給エリアからアクスル・モジュールが回転組立て台に搬入される。次いで回転組立て台の回転にしたがって、第二のモジュール供給エリアから、車両フレームがばらばらの状態でこの回転組立て台の上に搬入される。これがこの回転組立て台の上の作業者により、アクスル・モジュールの上方で一つの車両フレームとして組立てられる。そして車両フレームはアクスル・モジュールに取付けられる。時間の経過とともに回転組立て台がさらに回転し、第三のモジュール供給エリアからエンジン・モジュールが搬入され、車両フレームの先頭付近に吊り下ろされて取付け作業が行われる。

つぎに第四のモジュール供給エリアからタンクおよび配管類が搬入され、これが車両各部に取付けられる。第五のモジュール供給エリアからキャブが搬入され車両フレームの先頭部分に、上記エンジン・モジュールを覆うように取付けられる。キャブに装備されている運転に必要な装置と、エンジン・モジュールに装備されている機械装置との間の各種接続が実行される。さらに回転組立て台が回転し、第六のモジュール供給エリアから燃料、潤滑油その他液物が供給され、完成途上にある車両各部に注入が行われる。さらにタイヤおよびフードが第七のモジュール供給エリアから搬入され、それぞれ車両に取付けられる。回転組立て台がさらに回転して、組立て中の車両の先頭部分が最終のモジュール供給エリアの位置に達したときに、組立て作業はほぼ完了した状態になり、エンジンが始動され車両に検査器具が接続されて各種検査が行われる。そしてこの検査が終了する時点で、回転組立て台の回転位置は、車両先頭部分がちょうど完成車両の出庫通路に対面する位置となる。その車両の運転席に運転者が乗り込み、この車両は自走してこの回転組立て台を離脱する。そしてさらに回転組立て台が回転することにより次の車両の組立てに入る。すなわち上記第一のモジュール供給エリアに対面して、アクスル・モジュールが搬入される。

このように上記先願に開示した新しい製造方法は、車両を一台ずつ（あるいは２〜３台など少数ずつ）製造するので、仕掛かり品として工場内に滞留する台数および時間が著しく短くなる。これにより仕掛かり品として負担する金利がきわめて有利になることが理解されている。仕掛かり品としての金利負担のほかにも上記先願を実施することにより幾多の経済的な利点があり、この方式が大型または中型車両について、実際に本願出願人に係る製造工場で採用されることになった。

上記従来例として説明した直線状の製造ラインでは、ラインのコンベアは、ラインに沿って設定されたすべてのモジュール供給エリアまたは作業エリアについて一斉に移動するから、各作業エリアの作業工数が一様になるように設計することが必要である。さらに広く用いられているように、コンベアをタクトにしたがって間欠的に駆動する方式では、ラインに沿って配置される作業エリアの長手方向距離を個別に配分設定することかできないから、各作業エリアにおける一台当たりの作業工数が一様になるように作業内容を厳密に配分しなければならない。これは製造する車種が多様になるとどうしても作業工数は一様にならず、無駄を発生させる原因になる。この観点から回転組立て台を利用して組立てを行うことはきわめて有利であることが見込まれた。本発明はこの回転組立て台を利用する利点を具体的に実現することを課題とするものである。

また上記先願に開示した回転組立て台を工場内に設置すると、この回転組立て台を利用して製造することができる車種を多様に設定することが経済的に有利である。これには回転組立て台の回転速度を製造する車種に応じて可変に設定することにより対応できる。すなわち回転組立て台を利用する製造方法では、原則として回転組立て台が一回転する間に、一台の車両を設定された完成度まで組立てを完了するものであるから、仕様の異なる車両、すなわち組立て工数が異なる車両については、回転組立て台の回転速度を変更することにより合理的かつ経済的に対応することができることが期待できる。

ここで回転組立て台の回転速度を可変に設定するとの技術思想には二つの観点がある。その第一は回転組立て台の一回転に要する時間を可変に設定するとの考え方である。例示すると一台の車両を６０分で組み立てる（平均回転速度毎分６度）、あるいは４０分で組み立てる（平均回転速度毎分９度）という観点である。その第二は回転組立て台の一回転の間にもその回転速度を細かく区分して可変に設定するとの考え方である。例示するとフレームの組立て時には回転組立て台の回転速度を毎分６度に設定し、エンジン取付け時には回転組立て台の回転速度を毎分９度に設定する、という観点である。本発明は、この二つの観点をともに折り込み、車両の組立て工程をさらに合理化することを目指すものである。

全体の作業工数から、たとえば大型車両は６０分で組み立て、中型車両は４０分で組み立てる。したがって平均回転速度は大型車両については毎分６度に設定し、中型車両については平均回転速度を毎分９度に設定するというように工程を設計する。しかし回転組立て台の周囲に設けたモジュール供給エリアは、随時移動するように構成できないから、製造対象の仕様にしたがって一回転する間の回転速度を細かく変更制御することによりこれに対応することが考えられた。たとえば、フレームの長い大型車両と、フレームが比較的短い中型車両では、回転組立て台の上でフレームを組み立てる時間が違ってくる。回転組立て台の回転速度が上記平均回転速度として設定した速度で一定に制御されているとすると、大型車両の場合には、回転組立て台の上にフレームを搬入してその組立て作業が完了しないうちに、回転組立て台は回転を継続してエンジンが準備されたモジュール供給エリアに対面してしまうことになる。車両にエンジンを搭載する工程でも同様のことが発生する。車種により搭載するエンジンの仕様は多様であり、エンジンの仕様が異なるとエンジン搭載に伴い接続すべき配管や配線の数が異なる。すなわち車種に対応してエンジン搭載のための適正な作業時間は異なることになる。このようにして上記第二の観点として説明したように、車種にしたがって回転組立て台の回転速度をこまかく変更する、という考え方が生まれた。

一方、回転組立て台の回転速度を作業者が個々の都合により任意に変更することは、物品の量産工程において合理的でない。回転速度は変更可能であるとしても、これは工程の量産計画に基づいてあらかじめ合理的に設定された通りに制御すべきものであり、予期しない事故の発生などの特別の場合を除き、作業者がその操作により随時変更されるべきものでない。また、この回転速度の変更は全体の回転速度を一様にしたまま、分当たりの回転角度を変更することによっても対応できるが、回転組立て台のモジュール搬入位置が、各モジュール供給エリアに対面する時間を配慮して、一回転の間にこまかくその回転速度を変更設定することが合理的である。

本発明はこのような背景に行われたものであって、回転組立て台の回転速度を組立て中の物品の仕様にしたがって、計画的かつ合理的に変更することができる制御方法および装置を提供することを目的とする。本発明は、回転組立て台の回転速度を個々の工程の標準的な作業工数に対応して、作業者の負担が一様になるように制御することができる方法および装置を提供することを目的とする。本発明は生産計画に基づいてあらかじめ設定された速度で製品を製造することができる方法および装置を提供することを目的とする。本発明は回転組立て台のモジュール搬入位置が、組立て中の物品の仕様が異なる場合にも、つねにそのモジュール供給エリアに対面するように制御される方法および装置を提供することを目的とする。本発明は回転組立て台の上で作業を行う者が快適に作業を行うことができる装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、このように回転速度を可変に制御することができる車両組立て用の回転組立て台を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は物品の組立て方法の発明であって、一つの回転組立て台の上に被工作物を載置し、その回転組立て台の周囲に設けたモジュール供給エリアからその回転組立て台の上にモジュールを供給しつつその被工作物の組立て作業を進行させ、その回転組立て台が所定の角度を回転する間にその被工作物の組立て作業を所定の水準まで実行する物品の組立て方法において、前記回転組立て台の回転速度を前記被工作物の仕様に対応して可変に制御することを特徴とする。

前記被工作物の仕様には、その回転組立て台の上で行う作業の内容およびその作業に要する工数の情報を含むものとすることができる。ここで前記被工作物の典型例は自動車である。

本発明の第二の態様は、被工作物を載置してその組立て作業を行う回転組立て台についてその回転速度を制御する制御装置の発明であって、その回転組立て台の回転角度を検出するセンサ手段と、そのセンサ手段の出力情報およびその被工作物の仕様情報に基づき前記回転速度をプログラム制御する手段とを備えたことを特徴とする。

前記センサ手段は前記回転組立て台の回転を検出しパルス情報を発生する手段を含み、前記センサ手段の出力情報はそのパルス情報の時間積分値を含む構成とすることができる。前記回転組立て台の回転角度についてあらかじめ設定された基点で前記時間積分値をリセットする手段を備えた構成とすることが望ましい。

前記プログラム制御する手段は、前記回転組立て台の回転角度に対応してその回転速度を設定する手段を含む構成とすることができる。前記被工作物の仕様情報は上位装置から与えられる構成とすることができる。前記回転速度をプログラム制御する手段は、前記被工作物のモジュールを当該回転組立て台に搬入することになるタイミングではその回転組立て台の回転速度を小さくまたは零に設定する手段と、そのモジュールを被工作物に取付けるタイミングではその回転組立て台の回転速度を大きく設定する手段を含む構成とすることができる。

さらに本発明の別の観点は、回転組立て台の発明であって、被工作物を載置できる構造の円盤（１）と、この円盤の中心軸を支持する軸受け（３）と、この円盤の下面から高圧空気を吹きつけこの円盤を浮上させる複数の空気マット（５）と、この円盤を前記中心軸まわりに回転駆動させるモータ（７）と、このモータに駆動電流を供給する駆動回路（１４）と、この円盤の回転角度を検出するセンサ手段（８）と、操作端（１３）と、この操作端から発生される出力信号を含む電気信号および前記センサ手段の出力信号を入力として前記駆動回路の出力電流を制御する制御回路（１２）とを備えたことを特徴とする。上記括弧内の数字は後から説明する実施例の説明に記載した図面参照数字である。これは発明の構成を理解しやすいように付すものであって、この数字を記載することにより発明を実施例に限定して理解するためのものではない。

前記制御回路（１２）にその制御情報として当該被工作物の仕様情報を入力する手段を備え、前記制御回路はその仕様情報に対応して前記出力電流を制御するプログラム制御手段を含む構成とすることができる。前記被工作物の典型は車両または自動車である。

本発明により、一つの回転組立て台で複数の仕様が異なる製品について、それぞれ合理的な作業時間で組立て作業を実行することができるようになる。本発明により、回転組立て台の上の作業工程ごとに、モジュール供給エリアからモジュールを取込む回転組立て台上の位置は自動的に最適位置に制御される。本発明により作業者の個々の好みや都合により作業が進行または中断することなく、生産計画に基づいて合理的にかつ快適に回転組立て台の上の作業を実行することができることができる。本発明の車両組立て用の回転組立て台は、試作試験の結果により数多の改良を施して達成された構造でありそのまま実施して実用に耐える。

図１は本発明実施例回転組立て台の平面図である。図２はその正面図である。図３はその側面図である。図２の斜線部分は図１に表示するＡ−Ａの床断面を示す。図３の斜線部分は床断面図である。

円盤１は鋼鉄製であり、工場内の平坦にかつ水平に成形されたコンクリート製の床面２に載置される。円盤１の直径は約１２メートルである。円盤１の中心には中心軸が設けられ、この中心軸はこの円盤１の下面側に垂直に突出し、軸受け３により鉛直方向に支持されている。この軸受け３は床面を数十センチほど掘り下げた円筒状空洞４の内部に、前記円盤１の中心軸を回動自在に、かつその中心軸方向に数ミリのバックラッシュを許容して保持する。円筒状空洞４の底部は、組立て対象となる車両の重量および繰り返し使用に耐えるように十分に堅固に形成される。そして図１に鎖線丸印で示す位置にそれぞれ空気マット５が、合計１０個ほど、それぞれ床面をほぼ円筒形状にくり抜いて形成された空洞内に設置されている。

この空気マット５にはそれぞれ図示を省略する管路を介して圧縮空気が送られる。そしてその吹きだし空気圧は円盤１の裏面を上方に押上げるように供給され、この空気圧により円盤１を床面から浮上させる。上記軸受け３および空気マット５は市販品をこの装置の部品として利用するために調達したものであり、その軸受け構造または空気マットの構造については新たな発明に係る要素はない。円盤１の周囲床面には合計１６枚の円弧状の踏み板６（鋼鉄製）が配置される。踏み板６はそれぞれ床面に固定される。これは円盤１と床面との間に生じる段差を越えて、人や機材が床面から円盤１の上に、あるいは円盤１の上から床面に、移動しやすいように設置されるものである。

加工対象物である車両１０は図１では破線で示す位置に配置される。図２および図３にはそれぞれその形状概略を図示する。そして上記説明のように空気マット５に空気圧を送ると、円盤１を車両ごとわずかに（数ミリ〜十数ミリ）浮上させた状態になる。円盤１の円周にモータ７が設けられる。モータ７の回転軸プーリは円盤の接触するように設けられ、この円盤１を中心軸まわりに緩やかに回転させる。そしてこの円盤１の周囲には一定の間隔で白黒の縞模様が描かれていて、これをセンサ８が光信号により検知し回転角度を計数するように構成される。円盤１に搭載される加工対象物である車両は、はじめの段階では軽量であるが、加工が進むにしたがってその重量が増加する。完成品に近くなった状態では総重量は数トンになるが、この状態でもなお円盤１が床面から浮上し自在に回転できるように供給する空気圧が調節設定される。

図１の中心位置から右下方に向けて描かれている一点鎖線による平行線は、コンクリート面の表面に形成された溝である。この溝の中にモータ７の電力線、センサ８の信号線、空気マット５に送る空気圧配管その他が設置される。円盤１が載置された床面にはこれ以外の溝もいくつか形成され、これにより個々の空気マット５への空気圧配管や信号線が設置されているが、図面が複雑になるので個々の配線や配管の通路を表示することを省く。

図４は本発明実施例装置の電気系統を説明するブロック構成図である。制御回路１２は集積回路を含むプログラム制御回路である。この制御回路１２には上記説明のセンサ８から円盤１の回転パルスが入力する。また上位装置１５から通信線を介してこの回転組立て台の上で作業を行う車両の仕様に係る情報が入力する。制御回路１２は表示操作盤１３と電気的に接続されている。表示操作盤１３はこの回転組立て台の近辺の見やすい位置に配置される。制御回路１２の制御出力は駆動回路１４および上述の空気マット５の空気圧制御弁１６に送出される。駆動回路１４は上記円盤を回転駆動させるモータ７に電源を供給する。

図５は本発明実施例装置表示操作盤の正面図である。この表示操作盤１３は床面に適当な高さのスタンドを置き、そのスタンドの上部に配置される。この表示操作盤１３の下列はスイッチ類である。左から電源スイッチ、自動手動切替スイッチ、（手動モードにおける）速度調節スイッチＡ回転方向転換スイッチ、ブザー解除スイッチ、非常停止スイッチである。上段は表示ランプであり、Ｇは緑色、Ｒは赤色をそれぞれ点灯表示する。緑色の表示ランプは現在のモードを表示するランプであり、左から同期運転中、運転準備中、自動運転中、および定位置である。赤色のランプは異常時に点灯しその異常原因を表示する。左からモータ異常、空気圧異常、非常停止状態、補助電源用バッテリの異常を表示する。

このような装置の運転モードは、それぞれ組立て中の車両の仕様に対応して個々に数字情報として設定される。試験操業では数十の車両仕様について、回転組立て台の回転速度のモードを詳しくプログラムして保存しておき、その一つを選択して設定するようにした。この選択設定は、いわゆる「かんばん方式」の看板内容に対応して行われる。かんばん方式は量産品の中でその仕様が少しずつ異なる製品を製造するための方式であり、コンベアを流れる被工作物に看板を掲げて、その変更されている仕様の要点を作業者に認識させる生産管理方式である。かんばん方式についてはよく知られているので、ここでは詳しい説明を省略する。

図６に試験操業を行った一つの中型車両の組立て作業について、回転組立て台回転パターンの一例を示す。図６を説明すると、内円の内側に記載された数字は、回転組立て台の円盤１について、その回転角度（０度〜３６０度）の絶対表示である。この回転角度の零点は出車口の位置に定める、回転組立て台がこの０度から９５度まで回転する期間には、回転組立て台の上でアクスル組立て作業を実行する。つづく回転角度９５度から１４０度まではフレーム組立て作業を実行する。つづく回転角度１４０度から１７７度まではエンジンの取付け作業を実行する。つづく回転角度１７７度から２１０度まではタンク類の取付けを行う。

このようにして以下キャブの取付け作業（２１０度から２７８度）、液物の注入作業（２７８度〜３０５度）、タイヤ取付け作業（３０５度〜３２０度）、フード取付け作業（３２０度〜３３０度）をそれぞれ括弧内に併記する回転角度の期間に回転組立て台を回転させながら実行する。そして最終工程として回転角度３３０度から３６０度の回転区間では、組立て作業をほとんど終了した車両について検査を行う。検査は各項目の目視検査のほか、ワイアおよびプローブを回転組立て台の上に持ち込み、これらを組立て作業中の車両各部に電気的に接続して所定の検査を行う。検査終了後に運転者が乗り込み運転して自走状態でこの回転組立て台を離脱する。

図６に丸印で囲む数字は角度幅を表す。例えばアクスル組立て作業を実行する回転角度位置は０度から９５度であり、その角度幅は９５度である。フレーム組立て作業を実行する回転角度位置は９５度から１４０度であり、その角度幅は４５度である。したがって丸印で囲む数字を加算すると３６０度（一回転）になる。図６に四角枠で囲む数字は経過時間（秒表示）を表す。アクスル組立て作業を実行する時間は１４５秒であることを表す。フレーム組立て作業を実行する時間は１３０秒である。したがって四角枠で囲む数字の合計値は一台の車両について組立て作業を行うための全時間を表すことになる。ちなみに、図６に四角枠で囲む数字の合計は２７８０．０秒、すなわち４６分２０秒となる。

そして本発明の方法および装置では、一つの工程を処理する区間の中でもその回転速度は一様ではなく、回転速度の制御についてさらに細かく制御するところにさらなる特徴がある。

図７は上記２７８０秒すなわち４６分２０秒にわたる時間経過に対する回転角度を表示する図である。これは上で説明した制御回路１２に数字情報として入力設定するための表について、これを定性的に理解しやすいようにグラフとして表示したものである。横軸は時間であり０秒から２７８０秒までを表す。縦軸は回転組立て台（円盤１）の回転角度であり０度から３６０度を表す。図７の横軸（時間経過）に各工程作業の内容を括弧付き数字で表示する。すなわち本発明の回転組立て台は、一つの作業工程の中でもそれぞれの具体的な作業に合理的に対応するように、その回転速度を細かくプログラム制御する。

図８はこのはじめの部分、すなわち図７の作業（１）の部分の拡大図である。これは例示として、回転角度０度から回転角度９５度までのアクスル組立て作業について、この時間経過と回転角度の関係を拡大して表示するものである。繰り返すが、この図８も制御回路１２に数字情報として設定する表について、定性的に理解しやすいようにグラフとして表示したものである。アクスル組立て作業は、上述のように回転組立て台の回転角度０度から９５度まで１４５秒間の時間をかけて実行されるが、図８はこの部分について、横軸に時間の経過をとり、縦軸に回転角度を表示するものである。このグラフの傾斜は回転組立て台の回転速度に相当する。すなわちこの作業を開始する始めの時点では、モジュール供給エリアから、回転組立て台の上にアクスル組立て作業に必要な部品材料および工具をこの回転組立て台の上に搬入する。このため回転組立て台の回転速度を一時的にきわめて低速に制御する。組立て作業が実行されている期間には、つぎの工程で機材を搬入する搬入端がちょうどそのモジュール供給エリアに対面する位置になるように、回転組立て台を比較的高速で回転させる。そしてアクスル組立て作業が完了するタイミングで、しだいにその回転速度を低くして次の工程に移行する。次の工程の移行点は回転開始から１４５秒を経過した回転角度９５度の位置である。

上記説明の図７および図８は例示であり、他車種の例については表示および説明を省略する。実際には数十種類の車両仕様について、同様の制御パターンが設計され用意されている。これらはすべて数字情報でありプログラム制御回路に入力されている。

上記実施例は自動車または車両の組立てについてのものであるが、この回転組立て台による組立て作業は車両に限らず広く実施することができる。

本発明実施例回転組立て台の要部平面図。 本発明実施例回転組立て台の要部正面図。 本発明実施例回転組立て台の要部側面図。 本発明実施例装置の制御系ブロック構成図。 本発明実施例表示操作盤の要部正面図。 本発明実施例回転組立て台の回転角度に対応する作業を説明する図。 本発明実施例装置に入力する回転制御情報をアナログ表示した図。 上記図７の始めの部分についての拡大図。

符号の説明

１ 円盤
２ 床面
３ 軸受け
４ 円筒状空洞
５ 空気マット
６ 踏み板
７ モータ
８ センサ
１０ 組立て中の車両
１２ 制御回路
１３ 表示操作盤
１４ 駆動回路
１５ 上位装置
１６ 空気圧制御弁

Claims (3)

1. 被工作物を載置してその組立て作業を行う回転組立て台についてその回転速度を制御する制御装置であって、その回転組立て台の回転角度を検出するセンサ手段と、そのセンサ手段の出力情報およびその被工作物の仕様情報に基づき前記回転速度をプログラム制御する手段とを備え、
   前記プログラム制御する手段は、前記回転組立て台の回転角度に対応してその回転速度を設定する手段を含む
   ことを特徴とする回転組立て台の制御装置。
2. 被工作物を載置してその組立て作業を行う回転組立て台についてその回転速度を制御する制御装置であって、その回転組立て台の回転角度を検出するセンサ手段と、そのセンサ手段の出力情報およびその被工作物の仕様情報に基づき前記回転速度をプログラム制御する手段とを備え、
   前記回転速度をプログラム制御する手段は、前記被工作物のモジュールを当該回転組立て台に搬入することになるタイミングではその回転組立て台の回転速度を小さくまたは零に設定する手段と、そのモジュールを被工作物に取付けるタイミングではその回転組立て台の回転速度を大きく設定する手段とを含む
   ことを特徴とする回転組立て台の制御装置。
3. 前記被工作物は自動車である請求項１または２記載の回転組立て台の制御装置。

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