计算机应用毕业设计cad机械制图.docx
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计算机应用毕业设计cad机械制图
第一章简介
百科名片
CAD即计算机辅助设计（CAD-ComputerAidedDesign）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。
简称cad。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
CAD还包含：
电气CAD、外贸结算CAD、加拿大元、冠状动脉性心脏病、计算机辅助诊断、服装CAD等含义。
计算机辅助设计
定义
计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。
简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。
功能
系统功能：
（1）设计组件重用（Reuseofdesigncomponents）
（2）简易的设计修改和版本控制功能（Easeofdesignmodificationandversioning）
（3）设计的标准组件的自动产生（Automaticgenerationofstandardcomponentsofthedesign）
（4）设计是否满足要求和实际规则的检验（Validation/verificationofdesignsagainstspecificationsanddesignrules）
（5）无需建立物理原型的设计模拟（Simulationofdesignswithoutbuildingaphysicalprototype）
（6）装配件（一堆零件或者其它装配件）的自动设计
（7）工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表（BillofMaterials）
（8）设计到生产设备的直接输出
（9）到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出
基本功能：
•平面绘图。
能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。
•绘图辅助工具。
AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。
正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。
•编辑图形。
AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。
•标注尺寸。
可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。
•书写文字。
能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。
•图层管理功能。
图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。
•三维绘图。
可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。
•网络功能。
可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。
•数据交换。
AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。
二次开发。
AutoCAD允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言Autolisp、VisualLisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发
基本特征
人类在表达思想、传递信息时，最初采用图形，后来逐渐演化发展为具有抽象意义的文字。
这是人类在信息交流上的一次伟大革命。
在信息交流中，图形表达方式比文字表达方式具有更多的优点。
一幅图纸能容纳下许多信息，表达内容直观，一目了然，在不同的民族与地区具有表达思想的相通性，而往往可以反映用语言、文字也难以表达的信息。
工程图是工程师的语言。
绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。
然而，图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化。
一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完成的。
在早期，工程师采用手工绘图。
他们用草图表达设计思想，手法不一。
后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。
但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。
于是，人们想方设法地提高劳动效率，将工程技术人员从繁琐重复的体力劳动中解放出来，集中精力从事开创性的工作。
例如，工程师们为了减少工程制图中的许多繁琐重复的劳动，编制了大量的标准图集，提供给不同的工程以备套用。
工程师们梦想着何时能甩开图板，实现自动化画图，将自己的设计思想用一种简洁、美观标准的方式表达出来，便于修改，易于重复利用，提高劳动效率。
随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图（ComputerAidedDraw—ing）应运而生。
早期的计算机辅助设计系统是在大型机、超级小型机上开发的，一般需要几十万甚至上百万美元，往往只有在规模很大的汽车、航空、化工、石油，电力、轮船等行业部门中应用，工程建设设计领域各单位则难以望其项背。
进入80年代，微型计算机的迅速发展，使计算机辅助工程设计逐渐成为现实。
计算机绘图是通过编制计算机辅助绘图软件，将图形显示在屏幕上，用户可以用光标对图形直接进行编辑和修改。
由微机配上图形输入和输出设备（如键盘、鼠标、绘图仪）以及计算机绘图软件，就组成一套计算机辅助绘图系统。
由于高性能的微型计算机和各种外部设备的支持，计算机辅助绘图软件的开发也得到长足的发展。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
cad能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。
系统组成
通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：
计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。
工程工作站一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。
它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的cad系统。
个人计算机（pc）系统价格低廉，操作方便，使用灵活。
80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad系统已大量涌现，而且呈上升趋势。
计算机所设计的二次曲面——球面
图形输入输出设备除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。
交互图形系统对cad尤为重要。
图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。
常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数字化仪。
图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。
软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。
常用的图形显示有三种：
有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。
有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。
存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。
光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。
cad软件除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，cad主要使用交互式图形显示软件、cad应用软件和数据管理软件3类软件。
交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。
cad应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能，以完成面向各专业领域的各种专门设计。
构造应用软件的四个要素是：
算法、数据结构、用户界面和数据管理。
数据管理软件用于存储、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。
为此，需要建立工程数据库系统。
它同一般的数据库系统相比有如下特点：
数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。
基本技术主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。
在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。
交互式cad系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。
采用交互式系统，人们可以边构思、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。
图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换；通过矩阵运算来实现图形变换。
计算机设计自动化计算机自身的cad，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。
研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。
集成电路cad有时也列入计算机设计自动化的范围。
特性
AutoCAD之所以成为一个功能齐全、应用广泛的通用图形软件包。
首先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式实现。
而且Auto—CAD具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。
其次它不仅在二维绘图处理更加成熟，三维功能也更加完善，可方便地进行建模和渲染。
用途
另外，AutoCAD不但具有强大的绘图功能，更重要的是它的开放式体系结构，赢得广大用户的青睐
第二章CAD在机械设计中的优缺点
2.1CAD技术在机械设计中的优点
2.1.1符合人的思维过程
机械设计师在设计时总是先构思后表达，由于脑海中构思出的产品形状是三维的，因而直接建立反映产品真实几何形状的三维实体模型自然是理想的表达方式。
这可使机械设计师更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示，符合机械设计师的创新意识，有利于设计的连续进行。
由于CAD三维设计得到的三维立体图具有直观、易于理解等特点，不仅能促进机械设计师的思维深入，有利于设计的扩展，而且也便于与他人进行交流。
2.1.2缩短了机械设计周期
CAD三维机械设计有利于解决复杂的几何造型问题。
它可以由简单几何实体通过布尔运算等功能组合出各种复杂的几何实体，并能自动生成相贯线和截交线，大大减轻了设计工作量，缩短机械设计周期近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。
在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3-5倍。
同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
2.1.3零件设计和修改非常方便
使用三维CAD系统软件，可以在装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，还可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。
比如可以在装配环境中根据箱体的形状及其他的配合要求快速准确地设计出所需要的箱盖来。
零件环境中有查找器，在完成机械零件造型时，资源查找器同时列出了完成该零件的所有命令，点击这些命令就可以很清楚地了解完成该零件的每个步骤，并利用资源查找器中的零件回放把零件造型的全过程通过动画连续地演示出来，使人一目了然。
修改零件时，也可以点击资源查找器中相对应的命令来完成，更方便地是在装配环境中也可以进行零件的修改，即点击要修改的零件就可以进入零件环境来完成零件的修改。
2.1.4在装配环境中装配零件方便直观
运用不同的装配关系可以把各个机械零件装配起来。
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确或发生干涉，查找器即予以显示，同时可对零件的装配进行静干涉的检查，如果发现干涉就可及时对零件等进行修改，以保证设计的正确性。
另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件后，可清楚地看到内部的装配结构。
在整个机器或某个部件装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，对于在静态下不发生干涉而在运动中出现碰撞的也可检验出来，从而及时对设计进行更改，保证设计的正确性，避免了机械产品生产后才发现问题需要修改甚至报废。
同时还可以进行运动仿真，能清楚地看到机器运动的全过程。
直接在计算机上对设计出的零件进行虚拟加工和装配试验，检查零件加工工艺性和装配质量（有否干涉、松动等），从而减少昂贵的产品试验模型费用。
2.1.5提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合，同时采用了CAD设计方法和CIMS组织生产，使机械产品设计有了新发展。
三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析等，保证了产品的设计质量。
同时，大型企业数控加工手段较完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
三维机械设计不仅可以方便地描述对象的形状、大小和位置等几何特征，而且还可以赋予设计对象以颜色、纹理、体积、重心、惯性矩等多种信息，达到对设计对象几何形状确切的数学描述和工作状态的物理模拟，从而更充分、准确、全面、真实地表达设计者的意图。
2.2CAD技术在机械设计中的不足
（1）把CAD技术作为取代图板的绘图工具，并未实现真正的设计。
目前有些单位用CAD三维软件做出的三维模型仅为效果图，并没有用在整体空间设计和受力分析，还停留在平面设计上，只是把用手工出图转变为计算机出图的现状。
当然计算机出图有很多的优点，例如美观、规范、修改容易、存档方便等。
但是如果只停留在这个阶段，就失去CAD的作用，因为CAD是辅助设计，不是辅助绘图。
（2）精通CAD技术的设计人员不足。
三维CAD技术是一个复杂多变的系统，并不是每个设计人员都能掌握得很好，大部分人员没有受过专门的训练，对它的功能了解不够，他们完成的设计很可能不够完善。
2.3CAD技术的发展趋势
随着计算机性能的提高，网络通讯的普及化、信息处理的智能化，CAD三维技术正向规范化、智能化、集成化的方向发展。
2.3.1规范化
规范化（标准化）的趋势体现在几个方面：
数据模型的规范化（标准化）、数据交换格式的标准化和CAD资源的规范化等。
数据模型应采用STEP标准体系。
随着STEP标准体系的逐步完善，它对于几何数据、工程数据模型的思想将作为新一代CAD系统的开发指南。
靠以前的一些标准接口已经无法完全满足CAD数据交换的要求。
目前，参数化特征模型的传输还是一个世界难题，在STEP标准基础上，相信这一点能有所突破。
2.3.2智能化
特征造型和参数设计的采用即是智能化方面的进步。
软件不仅仅是提供一些绘制的工具由人们去使用，也不再将占线面数据存储在一起，而忽略其内在联系。
特征和参数的引入使得软件似乎成为人类（用户）一个更聪明的助手。
CAD软件应该更大限度地将工程数据概念集成到数据模型中，例如目前，CAD软件的特征模型主要是解决零件几何造型的问题，而对于后续分析、CAPP和加工的需要还考虑得不够。
2.3.3集成化
集成化是当今CAD技术发展的又一大趋势。
CAD技术不是孤立的。
首先，它集成了计算机软硬件、数据库、外围设备、图形学、网络及各个应用领域的技术。
同时，它又不断和CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺流程规划）、MIS（管理信息系统）、PDM（产品数据管理）以及MRP（制造资源管理）等系统相集成。
由于Internet的发展，使得这些设想得以实现。
如何构造在Internet体系上的CAD/CAM集成化系统将会是人们追踪的热点。
特别是在全球经济一体化的背景下，并行工程、异地设计制造等概念的发展和应用，基于网络、基于WEB的协同设计制造系统大受青睐。
现在已有一些标准，如解决异构系统平台的XML和XML-3D，以及解决三维图形、图像在互联网上传输共享的VRML标准相继出台，已经为我们在互联网的构架下，建立协同设计和协同工作的环境打下了基础。
对于建筑设计业中的工程师来说以不在陌生，它从80年代开始在我国少数院所使用，但由于当时，硬件性能、价格的限制，CAD软件自身的缺陷，人们还无法完全摆脱手绘制图。
到90年代末由于软硬件性能的提高、完善，以及CAD技术的突出优点，使得CAD迅速在全国普及，大大推动了中国建筑设计业的发展。
但随着人们对CAD技术的熟悉，它的一些缺点也暴露无遗，所以也有很多人不接受这一技术，认为它限制了建筑设计业的发展。
那么CAD究竟利大于弊还是弊大于利，怎样才能对它善加利用，我们不妨对CAD的双重性做一个剖析。
第三章CAD技术的优缺点
3.1CAD技术优点
3.1.1劳动强度降低，图面清洁
手绘绘图，工作人员常常手里拿着几只不同粗细的墨笔，丁字尺、三角板、曲线板等工具不停的在手里更换，而且一旦画错，修改非常费事，甚至从头来过，图面修修补补显的脏乱。
用CAD绘图则可以一只鼠标做你想做的任何事情。
它有统一的线型库、字体库，图面整洁统一。
CAD软件所提供的UNDO功能让你不必担心画错，它可以使你返回到你画错之前的那一步。
你更可以在电脑系统后台运行一些音乐播放软件，一边听音乐一边工作。
CAD软件绘图真正做到方便、整洁、清洁、轻松。
3.1.2设计工作的高效及设计成果的重复利用
CAD之所以高效，因其最伟大的功能之一：
“COPY”。
一些相近、相似的工程设计，图纸只要简单修改一下就行了，或者直接套用，而你只需按几下键盘、鼠标。
CAD软件可以将建筑施工图直接转成设备底图，使水暖、电气的设计师不会在描绘设备底图上浪费时间。
而且现在流行的CAD软件大多提供丰富的分类图库、通用详图，设计师需要时可以直接调入。
重复工作越多，这种优势越明显。
结构计算的高效，一个普通的框架结构，以往手工计算需要一个星期左右时间，用CAD快的一天就可以完成。
3.1.3精度提高
建筑设计的精度一般标注到毫米，结构计算的精度也不是很高，施工时的精度更低，但对于一些特型或规模大、复杂的建筑离开了CAD困难将成倍增长。
CAD在日影分析、室内声场分析、灯光照度分析等方面的计算精度、速度也是手工计算无法比拟的。
3.1.4资料保管方便
CAD软件制作的图形、图象文件可以直接存储在软盘、硬盘上，资料的保管，调用极为方便。
你可以将设计项目刻录成光盘，数据至少可以保存50年。
你可以将以前的图纸通过扫描仪，数字化仪输入电脑，避免资料因受潮、虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失。
资料的管理更有科学性，只要一台电脑就可以管理的井井有条，资料室也将告别成排的资料柜，因为一个院所从成立到现在所有的资料几张光盘就装下了。
3.1.5CAD在建筑表现图上的优势
这也是CAD在建筑设计上最出风头的。
CAD制作的建筑效果图其透视关系、光影关系、建筑材料的质感，都可真实再现，惟妙惟肖，在加上真实的树木、人、天空、汽车配景，几可乱真。
如果在加上现场环境照片融合更有说服力。
CAD制作效果图优势还在于，只要建筑的三维模型搭建完成，就可以任意指定透视角度，模型材质，快速生成多张效果图而无需从头做起，这是传统手绘效果图无法比拟的。
CAD的虚拟现实技术使人身临其境，在建筑物没有建成时去真实体验它的存在，你可以在虚拟但真实的建筑中游览、走查，当戴上VR手套、眼罩时你甚至可以去触摸它。
这一切都让设计师在建筑设计上收益非浅，在向甲方推销自己的设计成果时也更有说服力。
3.1.6设计理念的改变
CAD的智能化将部分取代设计师的一些设计工作，而CAD对设计的标准化、产业化起着巨大的推动作用。
随着信息技术、网络技术的发展，跨地区合作设计，异地招投标、设计评审也将普及。
在第一时间接受科技信息，与世界同步。
通过一根电话线“在家工作”将成为可能。
3.2CAD技术的缺点
3.2.1CAD技术对设计思想的束缚
由于电脑屏幕尺寸的限制，设计师关注的往往是设计的局部，对全局的把握有一定影响，使得整个建筑物的比例、体量失控。
CAD的精确性要求其每一笔都要有准确的数据，使得方案设计中需要的模糊性、随机性被扼杀，设计缺乏灵感。
另一方面CAD软件自身功能的局限性以及设计师对CAD软件掌握的熟练程度，使得建筑师好的灵感、创意不能通过CAD表达出来，建筑师的思想、思路、灵感被束缚。
3.2.2CAD技术扼杀建筑艺术
建筑是一门融科技、艺术、文化、哲学于一体的学科。
建筑既是一件商品，也是一件艺术品。
有关人事认为CAD技术的滥用会使建筑设计工作从一种艺术创作变为一种工业化生产，CAD引以为荣的复制、套用的高效率手段，使得设计过程本身就伤害了这一学科，而CAD的标准化、工业化使得建筑作品千篇一律，缺乏灵气、缺乏个性和人情味，建筑已经变为纯粹的商品。
而最有艺术气息的手绘建筑效果图，也将要被电脑效果图取代，电脑效果图虽然正式可信，快捷方便，但它缺少手绘图所体现的个性，以及设计师笔下流露的特有的感觉。
3.2.3CAD浪费资源
CAD是一项科技含量很高的技术，通常一名设计师要用半年到一年的时间才能熟练掌握CAD软件及电脑知识。
可是在科技飞速发展的今天你学习的步伐永远追不上电脑、外设、CAD软件的更新、升级步伐。
设计师不得不花费大量时间应付这些变化。
CAD的复杂、难懂使得设计师望而却步，一些院所专门设立、配备电脑操作维修人员，甚至设立一个专门的CAD工作部，因为一个优秀的设计师不一定是CAD高手，反之亦然。
CAD对人力、时间的浪费可见一斑。
其次，CAD对物质财力的浪费更甚。
一个院所要想实现微机制图其硬件设备如：
电脑、工作站、绘图仪、复印机、扫描仪、数字化仪、数码相机、可录光驱、UPS等的投资不菲，而它们的折旧率、升级费用也很高。
它的软件投资也居高不下，当然前提是使用正版软件。
在国内一套建筑软件就要花费1~2万元，而水暖、电、结构、预算各专业都配齐要十几到二十几万元，在加上操作系统软件、常用办公软件其花费惊人。
再有就是耗材花费惊人。
耗材包括软盘、纸张、绘图仪墨水、复印碳粉等。
这里纸张、墨水的消耗最多，尤以纸张为甚虽然表面上CAD技术让人摆脱了图板，实现了无纸化办公，但事实上由于电脑屏幕尺寸的限制，一次只能看一张图而且是局部，图纸很难审核，往往需打印多次核对，相应的也带来了墨水的浪费。
对整个社会的可持续发展、环境保护极为不利。
CAD设备的调试、维修、管理的花费亦不可小视。
3.2.4CAD技术的不可靠性
CAD技术使得设计师不得不面对计算机病毒，CAD软件本身的BUG，设备的更新升级，电脑资料的保存等一些不可靠因素。
由于上述一个或几个原因设计师就得停止工作，去解决与设计无关的问题，或者由于设计师的误操作和对CAD知识掌握不够，可能辛苦几天甚至几年的设计成果被误删、覆盖付之东流。
国内某结构软
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