过程装备与控制工程专业发展战略研究.docx
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过程装备与控制工程专业发展战略研究
过程装备与控制工程专业发展战略研究
过程装备与控制工程专业教学指导分委员会
一、“过程装备与控制工程专业”的历史背景
1.过程装备与控制工程专业的发展历史
我国“过程装备与控制工程专业”的前身是“化工机械专业”，成立于20世纪50年代初期。
自成立以来，已曲曲折折地走过了近50年的路程。
专业初创时期，以苏联模式为蓝本，我们的前辈呕心沥血，把我国的化工机械专业办得初具规模、培养了一大批化工机械专业教学、科研、设计、制造与使用的中坚力量。
1951年大连工学院首先成立“化学生产机器与设备”专业。
1952年全国高校大调整，天津大学、浙江大学、华东化工学院、华南工学院、成都工学院、杭州化工学校（中专班）等，成立“化学生产机器与设备”专业，简称为“化机”专业。
化工学院中一般都设有化工机械系。
例如，华东化工学院在1952年建校初期的三个系分别为无机工业系、有机工业系和化工机械系。
化工机械系中设有化工机械专业。
在1957年增设了化学工程学专业。
1958年又增设了化工机械制造和化工自动控制两个专业。
在恢复研究生招生后，华东化工学院和浙江大学的化工机械专业成为全国首批硕士点和博士点，定名为化工过程机械专业。
早期的化工机械专业基本上是化工的底子再加上机械。
60年代以后化学工程专业兴起，促使不少老学校对化工机械专业淡化了化工的基础。
与此同时，西方压力容器技术的空前发展又为化工机械专业展现了一个崭新的、广阔的空间。
各校根据自身条件形成了各自的特色。
有些学校以研究压力容器为主，有些学校继续拓展过程设备的研究或化工机器的研究。
英美国家的化工系一般分成两个专门化方向：
一部分搞工艺，一部分搞设备。
当时按照苏联的模式，化工与机械并重。
既要读机械系的机械课程，又要读化工系的化工课程。
专业课要修化工设备课程，但其中化工机械的内容较少。
因为苏联有两个专业：
化工机械和机械设计制造。
1954年，请来了苏联专家杜马什涅夫，在大连工学院讲学。
杜马什涅夫（ДОЦЕНТ）是莫斯科化工机械学院副教授。
全国各校选派了12位教师和10位研究生去进修，重新修订教学计划。
进修班人员认为，不能盲目照抄苏联课程。
他们考察了大连、吉林等地的苏联援建项目。
由大连工学院出面，召集了天津大学、浙江大学、华东化工学院等校教师与杜马教授一起制定我国第一份化工机械专业的教学计划。
我国的化工机械专业并不是完全苏联模式的翻版，它还吸纳了欧美国家化工和机械专业的特点：
（1）从美国、英国回来的老一辈教授主持了学科建设。
（2）美国麻省理工（MIT）单元操作和英国压力容器技术在课程体系中有所反映。
2.化工机械专业的培养目标
培养的化工机械毕业生要做什么工作？
当时的思路是化工厂需要大量能够从事化工设备运转的工程技术人员，包括设备的采购、安装、维护及零配件管理等方面的工作。
主要是应该有一定的设计能力。
从教学角度，大学不宜教授运转、维修，应该教授设计，教授原理和原则。
设备与机器的关系是以设备为主，以机器为辅。
因为设备是非定型的，需要设计，而机器是定型的，只要会选用就行。
容器、塔器、换热器、反应器等属于设备，机器有干燥机、离心机、破碎机、过滤机等。
后来把破碎机去除了，把它们归到了矿山机械中去。
学生的毕业设计主要做蒸馏塔、吸收塔等的设计。
杜马认为这是符合中国实际的。
化工机械专业的第一轮教学计划，从1954年到1955年酝酿，到1956年形成，矛盾很多，化工的味道很重。
大家认为化工原理一点不能少，有人认为分量上还要超过化工类专业。
从1952年专业调整以来，化工专业有两种类型：
工艺类和机械类。
对于工艺类专业，化学课程很多，而机械课程不多。
化工厂从中试到投产，化工问题谁来管？
很多人认为要由化工机械专业来管，包括从管道设计到进料、出料等。
1956年教育部与各部委联合成立了教材编审委员会，要编自己的教材。
同时，教育部在北京石油学院等院校又增加了一批化工机械专业。
这样，全国的化工机械专业增加到十几所院校。
教材编审委员会第一件事是编写教学计划。
化工机械专业存在着三大矛盾：
·化工机械，究竟是化工还是机械？
·设备与机器，究竟以设备为主，还是以机器为主？
·设计与制造中，究竟是以设计为主，还是以制造、安装、维修为主？
当时大多数人认为，教学以设计为主，但是培养目标是为企业培养运行和维修工程师。
在化工机械专业的培养目标中是不包括化工机械制造的。
1958年苏联专家撤离后，一些高校结合中国实际，建立了化工机械制造专业，但到1962年调整时又取消了。
因为胃口太大，铸、锻、焊都有，样样齐全，但是样样都不精，后来自生自灭了。
始终有人认为，这个专业是“化而不机”，“化”懂得多，“机”懂得少，理论力学、材料力学、机械原理、机械零件按照机械类专业讲授，而化工原理、物理化学等按照化工类专业讲授，学生负担很重。
在当时，由于化工部分配不到机械专业的毕业生，所以这类学生的需求还是大幅度上升。
大家认为要培养化工系统自己的机械工程师。
化工机械专业在当时十分吃香，全盛时期在1958年、1959年，华东化工学院当时有6个本科班，4个专修班，成为学校最大的专业。
针对化工机械专业“化而不机”的状况，加强了机械，削减了化工的分量，减少了化工原理与物理化学的课程，增加了“泵和压缩机”及“化工机械制造”，这样，在原来的塔器、换热器等分量不变的情况下，增加了机械的内容。
本质上是培养化工厂的机械师。
设计院也是化工机械毕业生的一条出路。
化工机械的毕业生好在懂化工，工艺专业的小样图可以看得懂，可以讨论，可以修改。
化工机械专业根据社会的需求，从50年代起步，经过20年的“文革”，再到80年代的鼎盛时期，直至90年代信息技术的发展，演变为“过程装备与控制工程”专业，在发展过程中走过了不少弯路。
“文革”时期全盘否定理论的作用，“文革”后又把加强理论变成了最重要的拨乱反正目标。
经过20年的摇摆，提出了新的方向，在不断发展的一轮轮教学计划、大纲和统编教材中得到了较好的反映。
3.化工机械专业加强了教学内容
80年代初重建化工机械专业教学指导委员会时，许多学校已开始招收化工机械专业硕士生。
当初懂化工的化学工程专业已经成为很大的专业。
化工机械专业要加强机械，教育内容要现代化。
专业课内容大膨胀。
压力容器、化工设备、化工机器及化工机械制造这四门课独立设课，又增加了断裂力学、有限元分析等课程，进一步削弱了化工、加强了机械，内容趋于现代化。
专业课程大膨胀，如压缩机从原来的18学时增加到80学时。
学生的负担越来越重。
后来增加了自动控制及仪表。
80年代以来，化工机械专业学生的出路一直很好。
在教学内容方面，乙烯车间是很典型的例子。
重点还是车间机械师，维护日常运行、备件管理。
他们的知识面要宽，但不一定要很深。
既要面对当前的化工厂继续运行，又要面对现代化的计算机智能化控制。
以前曾统计过化工厂，工艺师与机械师的比例为1：
4。
工艺不会经常变，而设备问题很多，每年要换零配件。
化工厂的运行，机械师的任务比工艺师多。
当时的问题是，懂压缩机的人不懂编程，懂编程的人不懂压缩机，懂自动控制和仪表的人不懂化学反应。
企业需要既懂工艺又懂设备和控制的复合型人才。
这一要求就历史性地落在化工机械专业的身上。
4.化工机械专业在专业调整中获得了新生
90年代末期，我国经历了建国以来最大规模的专业调整。
从1000多个专业，合并成500多个专业，又从500多个专业，减少为249个专业。
在这次大规模的专业调整中，化工部化工机械教学指导委员会做了大量的工作。
在广泛调研的基础上，分析了国内外化工类和机械类高等教育的现状、存在的问题和未来的发展，向教育部提出了把原“化工设备与机械”本科专业改造建设为“过程装备与控制工程”本科专业的总体设想和专业发展规划建议书，于1998年3月获得教育部的正式批准。
在新的专业目录中，更名为“过程装备与控制工程”专业，归入机械学科教学指导委员会。
教育部在2001年第11号文件“关于成立2001－2005年教育部高等学校有关科类教学指导委员会的通知”中，机械学科教学指导委员会下设五个教学指导分委员会：
·机械设计制造及其自动化专业指导分委员会；
·材料成型及控制工程教学指导分委员会；
·工业设计教学指导分委员会；
·过程装备与控制工程专业教学指导分委员会；
·机械基础课程教学指导分委员会。
这样，化工机械专业得到保留，并把它拓宽为“过程装备与控制工程”专业，为化工机械专业开辟了更加美好的前程。
此后，一批院校利用原有相近专业（如真空技术及设备、粮食机械、轻工机械、食品机械、造纸机械、制药机械等等）的办学条件，也纷纷成立了“过程装备与控制工程”专业，使全国具有该专业的院校由1998年的43所发展至2003年的72所，大大加强了该专业的培养规模，扩大了该专业的专业内涵、覆盖领域和影响力。
二、过程装备与控制工程的专业内涵
1998年进行的专业调整，教育部将化工机械专业更名为过程装备与控制工程专业。
本专业不是一个独立的学科，实际上是将机械工业和控制工程经发展和改造，使之能服务于过程工业，它的发展与相关行业的发展密切相关。
本学科是机械大学科的一个分支，它自己是属于机械领域，同时又服务于过程工业，自身的发展又需要机电控制。
所谓过程工业，是指通过化学和物理的方法以达到改变物料性能的加工业，它涵盖了化学、化工、石油化工、食品、制药，甚至于冶金等众多行业部门。
过程工业所涉及的对象是流程性物料，从原料到产品需经过复杂的工艺过程，因而整个过程需要由为数众多的单元构成，而每一个单元均需要由能实现这一功能的设备来完成，将这些单元设备连在一起便构成过程装备。
而要保证每个设备直至整个装备能正常运行，必需对其流程性参数进行严格的控制，如压力、温度、流量、液位、浓度等。
因此，与其相关的行业包括：
工艺过程（化工，石油化工，食品，制药，轻工等），机械设计及制造（机械设计，机械制造，工程材料等），以及装备的控制（重点在流程性参量，不同于机械行业的位置、位移和速度的控制）。
在研究生的招生目录中，过程装备与控制工程专业的主干一级学科归入动力工程及工程热物理。
二级学科为化工过程机械。
动力工程及工程热物理学科是研究能量以热、功及其他相关的形式在转化、传递过程中的基本规律，以及按此规律有效地实现这些过程的设备及系统的应用科学及应用基础科学。
动力工程及工程热物理学科在整个国民经济和工程技术领域内起着支持和促进的作用，在工学门类中占有不可替代的地位。
在长期发展的过程中，它不断升华和扩展，容纳了物理学的多个分支及近代进展，应用了数学、力学、机械工程、仪器科学、材料科学、电子技术、控制科学及计算机科学等学科的理论、方法和已有成果，形成自身独立的理论体系和实践范畴，为国民经济的可持续发展提供了良好的基础和前提。
它不断在冶金、电子、交通运输、船舶与海洋工程、航空宇航工程、土木工程、水利工程、化学工程、矿业工程、农业工程、兵工科学、核科学、环境科学和生物医学工程等各个学科获得越来越广泛的应用。
特别在环境及现代高新技术中处于支撑学科的地位。
同时，本学科又反过来受到极大的推动与促进，获得突飞猛进的发展。
动力工程及工程热物理是国民经济发展的支柱，是一切生产活动和科学、文化活动的驱动力，是社会日常生活的必要保证。
能源与材料、信息一起，组成了现代社会发展的三大基本要素。
动力工程与工程热物理应用于交通、工业、农业、国防领域，与人类生活、生产密切相关，并成为现代科学技术水平的综合体现，同时又几乎与所有的科学技术领域密切有关，推动人类利用能源与现代动力技术的发展。
化工过程机械学科主要研究化工、石油化工、炼油与天然气加工、轻工、核电与火电、冶金、环境工程、食品及制药等过程工业中处理气、液和粉体等流程性材料必需的设备与技术。
例如，过程工业中的传热设备及节能技术的研究；化工单元传质设备和相分离设备研究；化工过程用泵、压缩机等流体机械的研究与监控；压力容器及管道的设计、制造和安全保障的技术研究；过程设备的腐蚀、损伤与延寿技术的研究；非金属材料成型加工技术与设备的研究，等等。
本学科是一个专业面广，为国民经济多个行业服务的、涵盖多种学科的交叉型二级学科。
流体力学、热力学、粉体力学、燃烧学、传热学、传质学等工程热物理和化工过程原理的科学基础为本学科的重要理论基础。
二级学科——过程装备与控制工程，是在化工机械专业基础上发展起来的，后相继并入炼油机械、轻工与食品机械，又增加了生物化工、精细化工和核电工业等方面的内容，使学科的内涵和深度有了很大的发展。
它和相关的其他二级学科有着相同的学科基础和内在联系，并和其他一级学科如机械工程、化学工程与技术、轻工技术与工程、食品科学与工程、材料科学与工程、环境科学与工程等学科相互交叉与渗透。
过程装备与控制工程专业主要以过程工业为专业背景。
过程工业是指以流程性物料（如气体、液体、粉体等）为主要对象，以改变物料的状态和性质为主要目的的工业，它包括化工、石油化工、生物化工、化学、炼油、制药、食品、冶金、环保、能源、动力等诸多行业与部门。
过程工业所涉及的一些物理、化学过程，主要有传质过程、传热过程、流动过程、反应过程、机械过程、热力学过程等。
正是这些物理、化学过程，构成了过程工业的生产过程。
然而，要使这些过程得到实现，达到工业生产的目的，必需要有相应的过程设备。
这些过程设备包括传质设备（如精馏、吸收设备等）、传热设备（如换热器、加热炉等）、流体设备（如泵、压缩机等）、反应设备（如化学、生化反应器等）、粉体加工设备（如粉碎、造粒、输送设备等）及热力设备（如制冷、空调设备）等。
这些设备及它们的有效组合，就构成了过程装备。
过程装备的高效运行，不仅取决于构成生产装备的各个单元设备的性能以及这些单元设备的组合方式，而且取决于对单元设备及成套装置的控制水平。
应用先进的计算机技术、传感技术、信息技术及控制理论，对生产过程及设备实行实时监控与自动控制，使处于最运行状态，是过程工业装备发展的一个重要方向。
因此，过程装备与控制工程，是一个融“过程”、“机械”和“控制”为一体，将“化工”、“机械”和“信息”学科紧密结合而形成的“化—机—电”一体化的多科型、交叉型专业。
过程装备与控制工程的主要研究内容包括：
过程装备设计与制造，高效节能装备的开发，成套装置的开发与设计，成套工程，设备结构及强度理论，过程安全理论、技术与装备，流程参数控制理论与技术，制冷技术与装备，粉体理论与技术等。
过程装备与控制工程专业的应用领域非常广泛，例如化工、石油化工、能源、轻工、制药、制冷、动力、环保、生化、食品、机械、劳动安全，等等。
过程装备与控制工程专业在国民经济和社会发展中起着极其重要作用。
首先，石油化工、能源、动力是国家的支柱产业，而过程装备与控制工程是这些产业的支柱，这些行业的发展以工艺过程为先导，以先进的装备和控制技术为保障；其次，环境工程、生物工程等新兴产业的发展，必须以过程装备和控制技术为前提；第三，我国的石油化工装备经历了成套设备引进，主体设备引进、辅助设备国产化，核心设备引进、配套设备国产化等阶段。
每一发展阶段，都凝结着过程装备与控制工程专业人员的心血。
今后还会经历技术引进、成套设备国产化、全盘国产化和技术设备出口等阶段，该专业仍将起到不可替代的作用。
从传统的观点来看，过程装备可以包括以下几大类，这就是以前的化工机械的定义：
（1）流体动力过程及设备——包括遵循流体力学诸规律的过程，如流体的输送与增压，气相与液相非均一系的分离，液体的搅拌等。
所用的设备有泵、压缩机、管路、旋风分离器、沉降槽、过滤机、离心机等。
（2）传热过程及设备——包括遵循传热诸规律的过程，如传热、蒸发等。
所用的设备有热交换器、蒸发器、工业炉等。
（3）传质过程及设备——包括遵循传质诸规律的过程，如干燥、蒸馏、吸收、萃取、结晶等。
所用的设备有回转圆筒设备、干燥机、塔式设备、萃取器、结晶器等。
（4）热力过程及设备——包括遵循热力学诸规律的过程，如冷冻、深度冷冻等。
所用的设备有冷冻机、气体分离设备等。
（5）机械过程及设备——包括遵循固体力学诸规律的过程，如固体的粉碎、过筛、运输、加料等。
所用的设备有破碎机、筛子、运输机、加料器等。
（6）化学过程及设备——包括遵循化学反应诸规律的过程，如氧化、硝化、水解、聚合等。
所用的设备有反应锅、固定床和流动床的接触反应器等。
从上述内容可以看出，凡是涉及热量传递、能量传递及质量传递过程的工业，均属于过程工业，而不仅仅是化学工业。
过程工业，或者说是流程工业中涉及的所有的机器和设备，均属于过程装备。
在上述这些过程中，包括了相应的控制要求，如对流量的控制、对温度的控制、对压力的控制、对液位的控制等等。
在学科调整、拓宽专业的新形势下，将“化工机械”专业拓宽为“过程装备与控制工程”专业已是形势的要求、改革的要求和市场的要求。
三、本学科专业相关的行业现状与发展趋势
1.相关的行业现状
与本专业相关的行业有化工、制药、轻工、食品、真空、机械制造等行业。
1）我国的经济进入了新的快速增长区间。
2003年GDP已经突破11万亿元，达到116694亿元。
人均国内生产总值突破了1000美元，达到1090美元。
经济的快速增长导致对人才的大量需求。
2）“十五”期间机械工业重点发展四大领域为：
重大技术装备领域，汽车产品领域，农业装备领域，基础产品领域。
其中，重大技术装备领域与农业装备领域均与“过程装备与控制工程”专业息息相关。
3）我国的化学工业（包括石化工业）经过50多年的建设，特别是“七五”、“八五”、“九五”三个五年计划的快速发展，已经具备相当规模和基础，目前已形成具有20多个行业、能够生产4万多种产品、门类比较齐全、品种大体配套的工业体系。
中国化学工业产值占国民经济总值的10%左右，化学工业本身又按原料来源及用途分类。
以煤炭、化学矿、盐、生物质等为原料的传统化工仍占全部化学工业的48%，新兴的石油天然气化工占20%，医药化工占17%，化学纤维占9%，日用化工占6%，中国化工总产值年均增长8%～9%。
2001年产品销售收入6030万元，比上年增长8.64%。
全国化工企业数万家。
近年发展起来的合资企业已超过万家，总投资300亿美元，其中外资约占55%～60%。
化工企业股票上市公司已近80家，加上石油和石化、化纤，达137家，占全国的12%左右。
进出口贸易也增长较快。
2001年进出口贸易为522亿美元，其中进口327.5亿美元，出口185亿美元，进口额占全国的14%左右。
4）近两年建设或拟建的化工项目共有68项，其中有报价的51个项目的投资额包括：
777.6亿元人民币，10.65亿美元，3.1亿欧元，300亿日元。
其中：
①盐化工、氯化产品4项，投资11.356亿元。
②有机原料14项，其中10项投资16.85亿元。
③石油化工（含炼油）9项，其中7项投资606.78亿元，1.2亿美元。
④合成材料及其单体28项，其中20项投资116亿元，9.45亿美元，3.1亿欧元，300亿日元。
⑤煤化工2项，投资8.2亿元。
⑥无机物化工4项，其中2项投资7.96亿元。
⑦化肥、农药项目7项，其中6项投资达10.4亿元。
上述项目全部折合成人民币约为922亿元。
如果按照每亿元投资需要500名员工，则可安排46.1万人就业。
其中机械工程师与工艺工程师的比例为1:
4。
一般企业中，20％为工程技术人员。
上述重大项目需要工程技术人员92000人。
其中，需要懂得过程装备的技术人员为74000人。
近两年中国家上马的化工行业重大项目所需的过程装备的人才已经超过了全国过程装备专业所能培养的人才的总数。
5）2000年以来我国电力工业开始提速发展，2003年全国发电装机容量达到38450万千瓦，与2000年相比，增长了20.4％，但同期电力需求却增长40.4％。
到2020年，我国将实现经济翻两番，届时人均GDP超过1万美元。
反映到能源领域，届时全国约需发电装机容量为8～9亿千瓦左右。
目前国内已有装机容量是3.5亿千瓦，需要新增4.5～5.5亿千瓦，可见，我国未来20年能源领域将面临一系列挑战。
在能源安全越来越上升到战略高度的今天，先进能源技术的开发已日益受到重视，预计未来核能、氢能、可再生能源将逐步发展并最终成为主要能源，电力将成为主要的终端能源。
国民经济的快速发展势必对专业人才产生更大的需求。
2.相关行业的某些发展趋势
（1）信息服务业是新型工业化的强大动力源
信息化已经成为制造业发展的大趋势。
信息技术的蓬勃发展不仅使电子信息产品制造业迅速崛起，而且深刻改造了钢铁、机械、纺织、化工、冶金等传统制造业的生产方式和经营理念。
信息化技术由于集成了电子信息、自动控制、现代管理、先进制造等多项高新技术，促进产品设计的创新、企业管理模式的创新和企业间协作关系的创新，能有效提高劳动生产率，改善产品质量，降低生产成本，加快企业对市场需求的反应速度，极大地增强了制造业的竞争力。
（2）人力资源是新型工业化的基础
资本技术密集型、高新技术产业和工业化过程中产业结构升级优化所需的人力资源，主要靠培养和引进全面发展的高素质人才来解决，这对教育、科技、信息、文化等全面提高人民素质和科技文化水平的服务部门提出了更高的要求。
（3）新形势下现代服务业与制造业之间出现“耦合”现象
在当前经济发展中，服务业与制造业之间出现了相互融合的势头。
这种融合更多地表现为服务业向制造业的渗透，特别是与生产过程相关的现代服务业直接作用于制造业的生产流程。
尤其需要指出的是，随着专业化分工程度的深化和市场体系的完善，现代服务业在新型工业化中的作用将不断增强。
从时间上计算，一个产品真正处于生产制造环节的时间只占少部分，大部分时间处在研发、采购、储存、运营、销售、售后服务等阶段，产业链条的运转更多依靠现代服务业。
目前，许多企业的生产与服务功能已经融合在一起，作业管理也从制造领域延伸到了服务领域，模糊了两者之间的界限，许多企业的经济活动甚至已由以制造为中心转向以服务为中心。
制造与服务相融合已经成为现代企业在激烈市场竞争中的致胜法宝。
在美国许多著名的制造业企业中，服务含量在整个产值和增加值中所占的比重越来越高，很难判断它是制造业企业还是服务业企业。
例如，美国通用电气公司把服务渗透到了自己的日常作业管理之中，使企业的制造功能向服务功能转化，极大地增强了核心竞争力。
通用电气公司的服务业收入已经达到总收入的2/3以上。
（4）服务业国际转移成为重要趋势
近几年，在全球经济不景气的大背景下，跨国公司开始了新一轮全球产业布局调整。
制造业的国际转移仍然是产业布局调整的重心，服务业向新兴市场国家转移的趋势也渐趋明显，成为新的热点。
服务业国际转移表现为下述三个层面：
一是项目外包，即企业把非核心辅助型业务委托给国外其他公司；二是跨国公司业务离岸化，即跨国公司将一部分服务业务转移到低成本国家；三是一些与跨国公司有战略合作关系的服务企业，如物流、咨询、信息服务企业，为了给跨国公司在新兴市场国家开展业务提供配套服务而将服务业进行国际转移，或者是服务企业为了开拓东道国市场和开展国际服务贸易而进行服务业国际转移。
对于东道国而言，第二和第三层面的服务业国际转移都表现为服务业外商直接投资。
四、本学科专业质量、规模、结构、效益情况及其相互关系
目前，全国共有72所学校开设有这一专业，其中绝大多数学校在开设这一专业之前都有相关专业的办学背景，如以前有化机、炼油、造纸、食品、真空、制药等相关专业，但也有少数学校以前只有机械设计及制造专业的办学经验，其对过程工业的特殊性并不十分了解，办学基础较差，但这些学校往往是近年来在该专业上投资相对又是较多的，因此总
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