KR102237792B1 - 센스 디바이스 상태 모니터링 장치 - Google Patents

센스 디바이스 상태 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센스 디바이스 상태 모니터링 장치에 관한 것으로, 각종 공장설비에 공급되는 전력이나 운전에 따른 기계적인 진동 및 열 발생을 감지하는 전류감지센서(110)와 진동감지센서(120) 및 열감지센서(130)가 각각 구비되는 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)와; 상기 아두이노 센서(100)로부터 상기 각종 공장설비의 상태 정보를 수집하는 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 갖는 모니터링부(Monitering Unit, 200)와; 상기 PC기반의 DAQ 유니트(210)로부터 수집된 각종 설비들의 상태 정보를 이용하여 사전에 설정된 기준 값들과 비교하여 각종 설비의 상태 정보를 분석하는 상태분석부(State Analysis Unit, 300)와; 상기 상태분석부(300)에서 분석된 각종 공장설비들의 현황을 외부 단말의 스마트 폰이나 PC로 송신하는 통신부(Communication Section, 400)가 구성되는 것을 특징으로 하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치를 구현함으로써, 각종 공장설비의 상태 정보를 로컬과 원격지에서 모니터링 및 사용자에게 알려줌으로써, 비상시에 즉각 응급조치가 가능하도록 지원하는 독특한 효과가 있다.

Description

센스 디바이스 상태 모니터링 장치{Sense device status monitoring device}
본 발명은 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히 센서의 데이터를 지원할 수 있도록 제공하는 디바이스의 상태를 알려주고 지원하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치에 관한 것이다.
최근 스마트 제조업 부흥을 위한 활동으로 센서 제공을 기반으로 공장설비, 생산설비 등 원격지에 마련된 다수의 설비를 운영하는 제조운영 효율을 극대화하기 위해서는 스마트 제조업 공장으로 전환이 필수적인 기술 기반으로 자리 잡고 있다.
특히, 공장설비 등의 상태를 현장에서 직접 확인하고 관리하기 위해서는 다수의 인력이 필요하므로, 최소의 인력으로 설비의 상태를 모니터링하고, 설비가 좋은 컨디션에서 가동이 이루어지고 생산과 품질의 효율 극대화가 필요한 시스템 기반으로 다양한 변화가 요구되고 있다.
또한, 정보통신 및 컴퓨팅 기술의 비약적인 발전으로 대기업에 비해 상대적으로 인프라가 취약한 중소기업을 위한 스마트 공장 보급이 확산되고, 공장 운영분야와 설비자동화분야의 실시간 생산정보를 처리하는 빅데이터 분석의 중요성이 어느 때 보다 요구되는 실정이므로 빅데이터 기반의 데이터 수집과 분석을 통한 모니터링 시스템의 개발 필요성이 대두되고 있다.
이러한 기술 기반의 가장 기초가 되는 센서 데이터를 수집하는 디바이스의 상태 또한 중요한 몫을 차지하고 있으며, 설비들의 정상운전 또는 불안정 상태의 운전 여부를 누구나 쉽게 알 수 있도록 지원하는 장치들의 연구와 개발이 요구되고 있다.
한편 국내 등록특허공보(B1) 제10-0513702호(20015.09.09)에 의하면, 다수의 센서를 이용하여 설비를 모니터링 하는 인텔리전트 설비 모니터링 시스템이 제안된 바 있으나, 이 기술은 단순히 설비들의 상태를 센서로부터 수신된 상황을 모니터링 하여 화면에 출력하는 것에 한정되어 있기 때문에 각종 공장설비들의 상태를 분석하고 예측하기에는 여전히 부족한 문제점이 남아 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소하는 전혀 새로운 센스 디바이스 상태 모니터링 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 보다 상세하게는 각종 공장설비에 부착된 아두이노 센서로부터 감지된 전력, 진동, 열 데이터를 PC기반의 DAQ유니트에서 수집 처리하여 상태분석부와 통신부를 통해 각종 공장설비의 상태 정보를 로컬과 원격지에서 모니터링 및 사용자에게 알려줌으로써, 비상시에 즉각 응급조치가 가능하도록 지원하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 각종 공장설비에 공급되는 전력이나 운전에 따른 기계적인 진동 및 열 발생을 감지하는 전류감지센서(110)와 진동감지센서(120) 및 열감지센서(130)는 아두이노 센서의 소프트웨어와 로컬LED표시기(140)를 통해 사용자가 현장에서 확인이 가능하되, 상기 센서들에 대해 각 채널당 센서의 종류를 할당하기 위해서는 센싱된 값을 상기 각종 센서의 종류에 매칭(Matching)시켜주는 알고리즘을 할당하여 하나의 채널이 고장 났을 때 다른 채널에서 매칭(Matching) 시켜주는 알고리즘을 변경하여 다른 센서의 종류를 사용 가능하도록 하는 아날로그 전류 입력 값을 4~20mA까지 지원되는 동시 신호 다변화 지원 4-채널(CH) 디바이스를 갖는 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)와; 상기 아두이노 센서(100)로부터 상기 각종 공장설비의 상태 정보를 수집하는 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 갖는 모니터링부(Monitering Unit, 200)와; 상기 PC기반의 DAQ 유니트(210)로부터 수집된 각종 설비들의 상태 정보를 이용하여 사전에 설정된 기준 값들과 비교하여 각종 설비의 상태 정보를 분석하되, 상기 전류감지센서로부터 전류량 변환에 따른 전류 및 파형을 검출하는 전류검출부(320)와 상기 검출된 전류량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 전력판단부(330)와, 상기 진동감지센서로부터 진동량 변환에 따른 진동량 및 파형을 검출하는 진동검출부(340)와 상기 검출된 진동량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 진동판단부(350)와, 상기 열감지센서로부터 열 변환에 따른 열량 및 파형을 검출하는 열검출부(360)와 상기 검출된 열량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 열판단부(370)가 각각 구비되는 상태분석부(State Analysis Unit, 300)와; 상기 상태분석부(300)에서 분석된 각종 공장설비들의 현황을 외부 단말의 스마트 폰이나 PC로 송신하는 통신부(Communication Section, 400)가 구성되는 것을 특징으로 하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 상태분석부(300)는, 상기 PC기반의 DAQ 유니트(210)를 통해 수신된 데이터를 처리하여 모니터링부(200)와 로컬LED표시기(140)를 통해 표시하되, 상기 아두이노 센서(100)가 정상적인 동작인 경우는 적색LED가 1초(1 Sec) 단위로 주기적으로 점멸되며, 상기 통신부(400)가 정상적인 동작인 경우에는 청색LED가 1초(1 Sec) 단위로 점멸되도록 하고, 상기 아두이노 센서(100)와 통신부(400)가 비정상적인 동작을 하는 경우는 점멸 주기가 랜덤(Random)하게 점멸됨과 동시에 비상벨(150)을 가동시켜 사용자가 쉽게 확인이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 센스 디바이스 상태 모니터링 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 설비의 상태를 주기적으로 측정하여 각 설비별로 시간별 이력을 저장하여 설비의 상태를 모니터링하고 이상 동작을 판단하기 위한 데이터로 활용하기 위해 저장할 수 있다.
(2) 본 발명은 공장설비, 생산설비 등 원격지에 마련된 다수의 설비의 상태를 확인하고 적절한 조처를 취하기 위하여 컴퓨터나 휴대폰을 통해 실시간으로 확인할 수 있다.
(3) 본 발명은 설비의 전력과 진동 및 열등의 다양한 상태정보를 초(Sec)단위로 계측하여 저장하고, 이 데이터를 분석하여 설비의 이상 징후를 즉시 판단할 수 있도록 알람 및 경광등을 통해 관리자에 알려줄 수 있다.
(4) 본 발명은 저장된 데이터를 지속적으로 분석 시스템용 데이터로 활용하여 설비고장의 예측을 위해 범용으로 활용할 수 있는 모니터링용 디바이스로 활용할 수 있다.
(5) 본 발명은 중소기업을 위한 스마트 공장 보급이 확산되고, 공장 운영분야와 설비자동화분야의 실시간 생산정보를 처리하는 빅데이터 기반의 데이터 수집 및 분석을 통한 모니터링 시스템 개발 필요성이 대두되고 있으므로 이 분야에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 대한 인텔리전트 설비 모니터링 시스템
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 센스 디바이스 상태 모니터링 장치에 대한 전체 기술적 구성을 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 센스 디바이스 상태 모니터링 장치에 대한 상태분석부를 세부적으로 나타낸 블록도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 센스 디바이스 상태 모니터링 장치에 대한 핵심 기술적 수단은, 크게는 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100), 모니터링부(Monitering Unit, 200)와, 상태분석부(State Analysis Unit, 300), 통신부(Communication Section, 400)로 이루어진다.
도 2를 참조하여, 상기 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)는, 하드웨어와 소프트웨어로 이루어지며, 각종 공장설비의 상태 정보를 감지 혹은 측정하는 센서수단으로, 상기 각종 공장설비에 구비되며, 각종 설비에 공급되는 전력이나 운전에 따른 기계적인 진동 및 열 발생 등을 감지하는 전류감지센서(110)와 진동감지센서(120) 및 열감지센서(130)가 각각 구비된다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)의 전류감지센서(110)와 진동감지센서(120) 및 열감지센서(130)는 각종 공장설비에 장착되며 감지된 값은 상기 아두이노 센서의 소프트웨어와 로컬LED표시기(140)를 통해 사용자가 현장에서 직접 확인이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)는, 상기 아두이노 센서의 소프트웨어를 통해 각종 공장설비에 대한 상태 정보를 사용자가 원하는 형태로 감지하도록 하는 센서의 민감도 및 감지영역으로 설정하여 PC기반의 DAQ유니(Data Acquisition Unit)로 전송할 수 있도록 사전에 프로그램이 가능한 특징이 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)는, 아날로그 전류 입력 값을 4~20mA까지 지원되는 동시 신호 다변화 지원 4-채널(CH) 디바이스로서, 각 채널당 센서의 종류를 할당하기 위해 센싱된 값을 상기 각종 센서의 종류에 매칭(Matching)시켜주는 알고리즘을 할당하여 하나의 채널이 고장 났을 때 다른 채널에서 매칭(Matching) 시켜주는 알고리즘을 변경하여 다른 센서의 종류를 사용 가능하도록 한다.
도 2를 참조하여, 상기 모니터링부(Monitering Unit, 200)는, 상기 아두이노 센서(100)로부터 상기 각종 공장설비의 상태 정보를 수집하는 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 갖으며, 상기 PC기반의 DAQ유니트(210)에서 수집된 정보는 모니터(220)를 통해 사용자가 육안으로 확인할 수 있다.
여기서, 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit)는, 데이터 수집 장치를 뜻하며, 상기 아두이노 센서(100)로부터 측정된 아날로그 값을 컴퓨터가 인식하고 표현할 수 있는 디지털 값으로 변환하여 컴퓨터로 그 값을 전송하게 하는 일종의 매개체와 같은 역할을 하는 전자기기라고 할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 상태분석부(State Analysis Unit, 300)는, 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)로부터 수집된 각종 설비들의 상태 정보를 이용하여 사전에 설정된 기준 값들과 비교하여 각종 설비의 상태 정보를 분석하는 수단이다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 상태분석부(300)의 동작 기능을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 각종 공장설비들에 공급되는 전력을 분석하는 경우는, 구동장치부에 투입되는 전류량에 일정 비율로 대응되는 전류량을 출력하는 상기 아두이노 센서(100)의 전류감지센서(110)와 상기 전류감지센서에서 전송되는 아날로그 신호를 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 통해 디지털 신호로 처리한 데이터를 전송받아 전류량 변환에 따른 전류 파형을 검출하는 전류검출부(320)와 상기 전류검출부에서 검출된 전류량과 전류 파형을 상기 상태분석부(300)의 저장수단(310)에 저장된 사전에 설정된 기준값과 비교하여 분석하는 전력판단부(330)가 각각 구비된다.
다음은, 각종 공장설비들의 기계적인 진동을 분석하는 경우는, 각종 설비의 구동장치부에 진동을 감지하는 상기 아두이노 센서(100)의 진동감지센서(120)와, 상기 진동감지센서에서 전송되는 아날로그 신호를 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 통해 디지털 신호로 처리한 데이터를 전송받아 진동량 변환에 따른 진동 파형을 검출하는 진동검출부(340)와 상기 진동검출부에서 검출된 진동량과 진동파형을 상기 상태분석부(300)의 저장수단(310)에 사전에 설정 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 진동판단부(350)가 각각 구비된다.
그리고 각종 공장설비들의 운전에 따른 열 발생을 분석하는 경우는, 각종 공장설비의 구동장치부에 열을 감지하는 상기 아두이노 센서(100)의 열감지센서(130)와, 상기 열감지센서에서 전송되는 아날로그 신호를 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 통해 디지털 신호로 처리한 데이터를 전송받아 열 변환에 따른 열 파형을 검출하는 열검출부(360)와 상기 열검출부에서 검출된 열량과 열 파형을 상기 상태분석부(300)의 저장수단(310)에 사전에 설정 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 열판단부(370)가 각각 구비된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 상태분석부(State Analysis Unit, 300)는, 상기 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 통해 수신된 데이터를 처리하여 상기 모니터링부(Monitering Unit, 200)와 상기 로컬LED표시기(140)를 통해 상기 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)에 공급된 전원과 센서의 데이터가 원활히 제공되는지를 확인하기 위해서는 상기 아두이노 센서(100)가 정상적인 동작인 경우는 적색LED가 1초(1 Sec) 단위로 주기적으로 점멸되도록 한다. 또한 상기 통신부(400)가 정상적인 동작인 경우 청색LED가 1초(1 Sec) 단위로 점멸되도록 한다. 그리고 상기 아두이노 센서(100)와 통신부(400)가 비정상적인 동작을 하는 경우는 점멸 주기가 랜덤(Random)하게 점멸됨과 동시에 비상벨(150)을 가동시켜 사용자가 쉽게 확인이 가능하도록 한다.
이와 같이, 상기 상태분석부(300)는 각종 공장설비의 전력, 진동, 열 등의 다양한 상태정보를 초(Sec) 단위로 계측하여 상기 저장수단(310) 저장하고, 이 데이터를 분석하여 설비의 이상 징후를 즉시 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 알람 및 점멸 기능을 통해 관리자에 알려줄 수 있는 효과가 있다. 또한 상기 상태분석부(300)는, 각종 공장설비의 상태를 상기 아두이노 센서(100)로부터 주기적으로 측정하여 각종 공장설비에 대해 시간대별 이력을 상기 저장수단(310)에 저장하여 각종 공장설비의 상태를 실시간 모니터링하고 이상 동작을 판단하기 위한 데이터로 활용될 수 있는 효과가 있다.
다시 도 2를 참조하여, 상기 통신부(Communication Section, 400)는, 상기 상태분석부(300)에서 분석된 각종 공장설비들의 현황을 외부 단말에 송신하는 수단으로, 상기 수단은 스마트 폰이나 PC가 될 수 있다.
여기서, 상기 통신부(400)의 역할 기능은, 공장설비, 생산설비 등의 원격지에 설치된 각종 공장설비의 상태를 확인하고 적절한 조처를 취하기 위하여 실시간적으로 컴퓨터나 휴대폰으로 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 통신부(Communication Section, 400)는, 상기 아두이노 센서(100)로부터 데이터를 수집하는 장치인 PC기반의 DAQ Unit(210)에서 각각의 데이터가 취득되고, 그 값을 알고리즘(혹은 사용자 설정 파라미터)에 의하여 감시 및 분석에 필요한 Event Date로 변환되어 표준화된 프로토콜 신호를 갖는 통신변환기(410)를 통해 관제센터(500)의 상위 서버(510)로 TCP/IP 통신라인(520)을 경유하여 전송된다.
여기서, 상기 사용자 설정 파라미터(Parameter)는, 상기 아두이노 센서(100)의 동작 기능과 검출된 신호값에 대응하여 상기 PC기반의 제1 DAQ 유니트(210)와 동기화 및 캘리브레이션(Calibration) 가능한 상기 저장수단(310))에 사전 설정되어 저장된다.
또한 상기 서버(510)에서는 상기 PC기반의 DAQ Unit(210)로부터 받아들인 Data를 시간대별로 각종 Graph, Chart 및 보고서 등의 다양한 형태로 표시할 있는 MMI(Man Machine Interface) 프로그램을 구축함으로써, 상기 관제센터(500)근무자와 현장 사용자가 원격지에서 쉽게 감시 및 분석이 가능하고 즉각적인 응급조치가 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 아두이노 센서 110 : 전류감지센서
120 : 진동감지센서 130 : 열감지센서
140 : 로컬LED표시기 150 : 비상벨
200 : 모니터링부 210 : PC기반의 DAQ 유니트
300 : 상태분석부 310 : 저장수단
320 : 전류검출부 330 : 전력판단부
340 : 진동검출부 350 : 진동판단부
360 : 열검출부 370 : 열판단부
400 : 통신부 410 : 통신변환기
500 : 관제센터 510 : 서버
520 : TCP/IP 통신라인

Claims (6)

  1. 각종 공장설비에 공급되는 전력이나 운전에 따른 기계적인 진동 및 열 발생을 감지하는 전류감지센서(110)와 진동감지센서(120) 및 열감지센서(130)는 아두이노 센서의 소프트웨어와 로컬LED표시기(140)를 통해 사용자가 현장에서 확인이 가능하되, 상기 센서들에 대해 각 채널당 센서의 종류를 할당하기 위해서는 센싱된 값을 상기 각종 센서의 종류에 매칭(Matching)시켜주는 알고리즘을 할당하여 하나의 채널이 고장 났을 때 다른 채널에서 매칭(Matching) 시켜주는 알고리즘을 변경하여 다른 센서의 종류를 사용 가능하도록 하는 아날로그 전류 입력 값을 4~20mA까지 지원되는 동시 신호 다변화 지원 4-채널(CH) 디바이스를 갖는 아두이노 센서(Arduino Sensor, 100)와;
    상기 아두이노 센서(100)로부터 상기 각종 공장설비의 상태 정보를 수집하는 PC기반의 DAQ 유니트(Data Acquisition Unit, 210)를 갖는 모니터링부(Monitering Unit, 200)와;
    상기 PC기반의 DAQ 유니트(210)로부터 수집된 각종 설비들의 상태 정보를 이용하여 사전에 설정된 기준 값들과 비교하여 각종 설비의 상태 정보를 분석하되, 상기 전류감지센서로부터 전류량 변환에 따른 전류 및 파형을 검출하는 전류검출부(320)와 상기 검출된 전류량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 전력판단부(330)와, 상기 진동감지센서로부터 진동량 변환에 따른 진동량 및 파형을 검출하는 진동검출부(340)와 상기 검출된 진동량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 진동판단부(350)와, 상기 열감지센서로부터 열 변환에 따른 열량 및 파형을 검출하는 열검출부(360)와 상기 검출된 열량 및 파형을 저장수단(310)에 저장된 기준값과 비교하여 분석하는 열판단부(370)가 각각 구비되는 상태분석부(State Analysis Unit, 300)와;
    상기 상태분석부(300)에서 분석된 각종 공장설비들의 현황을 외부 단말의 스마트 폰이나 PC로 송신하는 통신부(Communication Section, 400)가 구성되는 것을 특징으로 하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 상태분석부(300)는, 상기 PC기반의 DAQ 유니트(210)를 통해 수신된 데이터를 처리하여 모니터링부(200)와 로컬LED표시기(140)를 통해 표시하되,
    상기 아두이노 센서(100)가 정상적인 동작인 경우는 적색LED가 1초(1 Sec) 단위로 주기적으로 점멸되며,
    상기 통신부(400)가 정상적인 동작인 경우에는 청색LED가 1초(1 Sec) 단위로 점멸되도록 하고,
    상기 아두이노 센서(100)와 통신부(400)가 비정상적인 동작을 하는 경우는 점멸 주기가 랜덤(Random)하게 점멸됨과 동시에 비상벨(150)을 가동시켜 사용자가 쉽게 확인이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 센스 디바이스 상태 모니터링 장치.
  6. 삭제
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