某厂设施规划与布置设计.docx
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某厂设施规划与布置设计
某厂设施规划与布置设计
第一章绪论第一节研究的背景与意义
设施规划与设计（FacilitiesPlanningDesign）起源于早期制造业的工厂设计（PlantDesign），是工业工程的重要分支。
随着社会的进步与技术的发展，设施规划与设计早已超越了制造业的工厂设计范畴，形成了一门不但适用于各类生产型企业，同样也适用于各种服务型企业的学科。
总的来说，设施规划与设计是为新建、扩建或改建的生产系统或服务系统，综合考虑相关因素，进行分析、构思、规划、论证、设计，作出全面安排，使资源得到合理配置，使系统能够有效运行，以达到预期目标为它的研究内容。
[8]
我国仅在1986至1990年“七五”期间，全社会固定资产投资，包括基本建设和技术改造的投资平均每年达到近4000亿元人民币，五年内总投入打到国民生产总值28%。
目前，我们为减少经济危机的负面影响，积极扩大内需，其中一个重要的举措就是加大基础设置建设，投资总值已达数万亿元人民币以上。
而且，我国正致力于实现经济增长方式的改变，重要的一个方面是经济增长要从主要依靠扩大建设规模转变到主要依靠对现有企业进行技术改造、改组和扩建。
据统计，1984年至1994年，我国技术改造投入1元，产出2元，创利税4～6角，投资只相当于同样规模基本建设的40%，而产出利税要比新建高一倍，建设周期要缩短一半时间。
据国外统计，机械加工工厂的物料，在生产周期中用于加工的时间只占5%左右，而处于储存、搬运或生产线上等待的时间约占95%左右。
在制造企业的总成本中，用于物料搬运的20%～50%，而优良的平面布置可以使物料搬运费用至少减少10%～30%。
可见，设施规划与设计的理论研究与实际应用任重道远，因为设施规划与设计设计质量的优劣，在建设项目中对资源是否合理利用，设施运营后能否实现科学管理，能否发挥社会效益和经济效益，对最终实现投资效果起到了决定性和关键性的作用。
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虽然，设施规划与设计有着举足轻重的地位，但是在实际应用中，还存在很多的问题。
例如，我国的很多企业中现场管理、生产系统等急需改进，设施布置中存在相当多的不合理现象，最初安放设备时随意性较强，各工件的加工顺序往返不定，也因此，物流路线混乱且有交叉现象，还会有回流现象出现，凡此种种不合理之处较多。
其中问题最突出是中小型生产型企业。
因此，本文就针对设施规划与设计中的布置设计部分进行研究，并结合华阳锡箔纸厂，探索设施规划理论在实际中的运用，希望总结出一种适合我国中小企业工厂布置设计的方法。
第二节设施规划的发展历程与研究现状
一、国外发展及研究现状
20世纪六十年代，美国的理查德•缪瑟（RichardMuther）提出了系统布置设计（SystemLayoutPlanning，SLP）方法，由于采用理性化的推理方法和系统化的规划设计方法，使设施规划设计向前迈进一大步。
理查德•缪瑟在20世纪90年代针对日常处理最多的布置设计中的中小项目，提出了比原来SLP大为简化的SSLP。
理查德•缪瑟还提出了系统搬运分析SHA（SystemHan-dlingAnalysis），工厂布置与搬运系统设计具有相互制约、相辅相成的关系，被称为是一对伙伴，SLP+SHA是两者相结合的方法。
后来，李•科特蒙（QuartermanLee）提出了在设施规划设计方法学上陈作Facplan的QuartermanLee方法，是对Muther的SLP的进一步改进。
Facplan不仅扩展和加强了SLP，还对设施规划提供了一种整体、广泛和全面的方法。
同时，随着计算机及其技术的飞速发展，计算机辅助设施规划（CAFD）应运而生，许多学者研究了各种设施布置的模型以及算法，推理更加合理，加上计算机绘图工作也可以自动完成。
这些软件包括FactoryCAD、FactoryPLAN、STORM、SPIRAL、FactoryFLOW、FactoryOPT、ARENA、PROMODEL等。
其中由美国CimreehnologiesCorporation公司开发的FactoryPrograms是迄今为止被广泛认同的设施布置软件。
[3]
二、国内发展及研究现状
中国在二十世纪五六十年代开始搞工厂设计，方法较为原始，以经验设计为主。
80年代以后，中国引进日本的物流管理方法和美国的以理查德•缪瑟为代表的系统布置规划与物料搬运技术，收效显著。
90年代初，工业工程作为正式的学科已在中国出现，设施规划与物流技术更为人们所重视。
国际交流也日趋频繁，日本、美国、加拿大等国家的专家都相继到中国访问。
1994年10月在上海召开了现代物流技术与装备国际学术会议，其中有关物流系统规划方面的17篇论文涉及的内容有系统规划、物流与布置设计、物料搬运合理化、物料搬运管理等，有力地推动了我国物流技术与设施规划的发展。
我国建国初期的工厂设计一直沿用前苏联的设计方法，即注重设备选择的定量运算，对设备的布置以及整个车间和厂区的布置则以定性布置为主。
这种方法在当时起到了积极作用。
但是，随着科技的发展，人类对土地保护的重视，新建或改建一个工厂仍完全按此粗放型布局已越来越不适应我国经济发展的需要。
为进一步促进我国物流技术的发展，中国机械工程学会从1994年开始举办现代物流技术与装备国际会议，2003年我国又成功举办首届工业企业物流论坛，重点关注中国汽车、钢铁、石化企业物流，深入探索我国工业企业物流理论发展。
目前，我国的设计规划部门也在学习国外先进理论，结合物流技术，以定量的方法来得出最佳方案，再进行综合比较，对工厂进行布置设计。
其中以SLP最有代表性，众多学者纷纷探讨SLP理论在各种类型企业的应用，例如:
刘旺盛等[6]探讨SLP法的改进；陈国全探讨SLP法在化工厂总平面布置中的应用[8]；琚科昌等探讨SLP在流程型制造企业物流设施布局分析方法及应用[14]；李诗珍等对SLP思想的配送中心布置设计研究[15]；黄欧龙等运用SLP方法布置地下物流系统配送中心等等[17]。
第三节本文研究的主要内容和技术路线
本文主要在研究设施规划理论的基础上，对华阳锡箔纸厂进行研究分析，提出改进意见，整篇论文包括5章。
第一章是绪论，介绍本论文研究的背景、意义、内容、技术路线。
第二章阐述设施规划相关概念，包括设施规划与设计的发展历程、定义、内容、意义、基本形式等，介绍程序分析、流程分析、物料搬运、要素分析、物流线路分析、物流强度与当量物流强度的概念。
第三章阐述设施规划与布置设计的方法与操作步骤，包括设施布置的一般性步骤，以及SLP，SSLP，SHA等方法的具体操作步骤。
第四章是实际设计部分，也是论文的重点，在本章里将SSLP的六大步骤，结合到华阳锡箔纸厂的实际情况进行研究，得出改进方案，然后对方案进行评价。
第五章是总结。
图1-1论文研究的技术路线第二章设施规划与设计理论研究第一节设施规划与设计的发展历程
二战前，早期的工业工程课程将方法研究、物流搬运和工厂布置三方面内容合成一门课程，称为“工厂布置设计”。
其中工厂布置方面的内容主要采用定性分析方法和经验设计。
显然，这种方法缺乏科学性，但是，大量实践的数据也能够在一定程度上反映客观事实。
二战后，随着工业工程学科的发展，方法上逐渐由定性向定量转变，试用范围也由制造业扩大到其他工业和服务业，课程的名称也由原来的“工厂布置设计”改为“设施规划设计”。
20世纪六十年代，理查德•缪瑟（RichardMuther）的系统布置设计（SystemLayoutPlanning，SLP）方法，由于采用理性化的推理方法和系统化的规划设计方法，使设施规划设计向前迈进一大步。
但是这一方法的推理还比较粗略，系统化工作内容也比较繁琐。
80年代以来，随着计算机及其技术的飞速发展，计算机辅助设施规划（CAFD）应运而生，许多学者研究了各种设施布置的模型以及算法，推理更加合理，加上计算机绘图工作也可以自动完成。
另一方面，人们开始重视物流系统的重要性，使得在生产和管理领域己经或正在发生着许多变革，并对设施规划与物流分析产生了积极影响。
所有这些使得设施规划设计跃上一个新的台阶。
我国在上世纪五六十年代开始搞工厂设计，当时主要向苏联学习，方法比较原始，以定性分析和经验设计为主。
80年代以后，随着经济的发展，这种方法已不能适应新建或者改建工厂的要求，中国引进日本的物流管理方法和美国的以理查德•缪瑟（RichardMuther）为代表的系统布置规划与物料搬运技术，收效显著。
90年代初，工业工程作为正式的学科已在中国出现，设施规划与物流技术更为人们所重视。
国际交流也日趋频繁，日本、美国、加拿大等国家的专家都相继到中国访问。
目前，我国的设计规划部门也在学习国外先进理论，应用物流技术，以定量的方法来得出最佳方案，再进行综合比较，对工厂进行布置设计。
这种以物流技术来统领设施规划的办法，将系统布置设计与搬运系统分析相结合，即所谓的“SHA+SLP’，由此提高了工厂车间的空间利用率、实现比较理想的物流合理化，从而提高了企业的竞争实力。
第二节设施规划与设计
一、设施布置规划与设计定义
尽管各种文献对设施规划与设计定义不尽相同，但是其含义主要包括以下三个方面：
首先，设施规划与设计是对一个生产系统或者服务系统进行全面的、系统的规划和安排，以优化人流、物流和信息流，从而有效、经济、安全地实现系统的预期目标。
其次，设施规划与设计的对象是整个系统，而不是其中的某个环节。
再者，设施规划与设计是有目标的，就是要确定经济合理的投入，使系统内的资源得到优化配置，以支持整个系统的高效运营，获得期望长出。
[2]
二、设施规划与设计研究的内容
设施规划与设计涉及的范围广泛，与其他学科相互交叉，是一门综合性很强的学科。
从工业工程的角度考察，设施规划与设计的范围被界定为厂址选择和设施设计两个主要组成部分。
设施设计又包含了布置设计、物料搬运系统设计、建筑设计、公用工程设计和信息通信设计五个相互关联的内容。
因此，设施规划的研究对象并非是单一的作业或者单一的部门，而是全面性的、有步骤地考虑各种确定与不确定性的因素，使其达到最好的整体绩效目标和获得最佳的经济效益。
1.厂址选择。
它是对可供选择的若干备选位置的相关因素进行分析、评价和比较，选出最佳或者满意的厂址方案。
影响厂址选择的因素很多，而且不同类型的设施需要考虑的因素通常是不同的，侧重点也是不同。
目前，常用的选址方法包括成本因素评价法和综合因素评价两大类。
[2]
2.设施设计。
物流是决定企业总体布局的首要和核心因素，其中物料运输线、全厂运输网是组成工程总体布局的脉络。
在研究厂内布置时，从工艺生产线和运输线的布置入手，分析物流与非物流的因素。
它包括以下五个方面的内容：
（1）布置设计。
对设施的各种组成部分，如建筑物、构筑物、机器、设备、运输通道、场地等，按照物流、人流、信息流的合理需要，作出有机组合和合理配置，使设施的布局科学合理，尽量减少投产后设施内的作业量，特别是物料搬运的工作量，并且方便操作和管理，提高设施的运作效果和作业效率。
此外，布置设计还要考虑企业未来的发展。
（2）物料搬运系统设计。
它是制造企业生产过程中的辅助生产过程，它是工序之间、车间之间、工厂之间不可缺少的作业环节。
据统计，在中等批量的生产车间里，零件在机床上的时间只占生产时间的5%，其余时间都消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上，物料搬运费用占全部生产费用的30%左右。
因此，设计一套合理、高效的物料搬运系统，对缩短搬运时间、降低搬运成本、提高产品质量都是非常重要的。
（3）建筑设计。
它是根据企业对设施中建筑物在功能和空间方面的需求，在满足安全、经济、适用的基础上，对主要建筑物和相关辅助设施的结构、外观进行设计。
以机械制造企业为例，包括厂房设计、办公房设计、仓库设计、道路设计和其他辅助设施设计等。
（4）公用工程设计。
企业在运作过程中往往需要大量的公用设施，如供电、供热、供气设施。
这些公用设施的规划与设计合理与否，直接影响整个设施的运作效果。
公用工程设计是指对企业内部的热力、煤气、电力、照明、给排水、采暖通风、空调等公用设施的规划与设计。
（5）信息通信设计。
通信系统是企业神经系统，是信息畅通的根本保障。
随着信息与信息技术的不断发展，企业竞争的不断加剧，信息对企业变得越来越重要。
信息通信设计是指对设施内部以及对信息通信的传输系统的规划与设计。
通信设施是企业信息传输的载体，承担所有信息的传输任务，它的设计与管理的好坏，直接关系到企业的正常高效的运作。
[2]
此外，设施规划与设计包含“规划”和“设计”两方面的含义，这两者既有区别，又有包容的关系，它们之间的区别在于层次和范围的不同：
规划是高于设计的层次，规划包含了设计；规划往往比较宏观和抽象，而设计相对微观和具体。
正由于规划包含了设计，所以有时用规划作为规划与设计的统称。
[2]
三、设施规划的必要性与意义
（一）设规划化的必要性。
设施规划与设计的必要性，要从全社会固定资产投资的规模来考察。
在我国，每年要投入巨额资金用于基本建设和技术改造，国外把我们中国形容为整个一个大工地。
“九五”计划中，固定资产投资率按30%来把握，考虑价格因素，五年全社会固定资产投资规模将为13万亿元，也就是平均每年达到26000亿元。
能不能用好这巨大的投资，投资决策正确与否是关键的因素，而规划设计也起着决定性的作用，因为每项建设工程无不要经过规划设计。
这种决定性的作用是指它的资源利用是否合理、工厂布置是否得当，工艺设备是否先进适用、能否取得好的投资效果，有着不可取代的作用。
它不仅涉及建设过程的成效，而且涉及建成后能否实现企业的科学管理，能否发挥企业的经济效益和社会效益。
所以在我国，工程设计被认为是“整个工程灵魂”。
然而在过去的实际工作中，仓促地、不周密地进行规划设计，造成企业选址不当、布置不善、物流不佳、生产费用高等例子，并不少见，浪费了资金，甚至长期亏损。
设施规划设计的作用不仅体现在新建的工程项目，更体现在已有企业的改造上。
（二）设施规划与设计的意义。
一个建设项目，资源利用是否合理，工厂布置是否得当，工艺设备是否先进使用，能否取得好的投资效果，能否实现企业的科学管理，能否发挥企业的经济效益和社会效益，规划设计起着决定性的作用。
因此，设施规划与设计被认为是整个建设工程的灵魂，是工程项目在建设过程中首先需要解决的问题。
1.通过精心规划与设计，提高生产力。
美国的企业界及学术界还从企业管理的角度看待设施规划的地位和作用，认为设施规划是科学管理企业的开端，企业管理的各种设想都要体现在设施规划与设计中，对企业投产头的利润及效率产生巨大的影响。
一般认为，在制造企业的总成本中，用于物料搬运的占20%～50%，而有效的设施规划至少可以减少10%～30%。
因此，设施规划被认为是提高生产率最有希望的因素之一。
[1]
2.通过精心规划与设计，大大降低企业的运行成本。
一项设施的规划与设计，所需要的费用只占总投资的2%~10%，往往比不可预见的费用还少，但对投产后的企业却带来很大效益。
在规划、设计、建造、安装、投产的各阶段中，如果要对企业的某一方面加以改变，所需的费用将逐步上升。
到了投产以后再改进，则事倍功半，有时很困难甚至不可能。
因此，在规划与设计过程中投入足够的时间、精力和费用，可以达到事半功倍的效果。
在过去的实际工作中，追求一时的速度，仓促地、不周密地进行规划设计，造成选址不当、布置不合理、物流不佳、面积利用不好，生产费用高等例子并不少见。
因此，设施规划与设计，不但可以避免不良设施的出现，而且可以大大降低企业的运作成本。
3.通过精心规划与设计，提高企业的运行效率。
企业运作效率的高低，除了与建成运行后企业管理水平的高低相关外，更重要的取决与设施本身规划与设计的好坏。
例如，物料搬运路线设计不合理，就会导致搬运效率的大大减低，而且这种问题很难通过后期加强管理得以解决。
4.通过精心规划与设计，避免不必要的改扩建。
由于选址不合理、没有预留发展余地、设施规划存在问题等因素，很多企业只能不断地寻找新的厂址或对现有设施进行各种改造。
不必要的分厂、分校不断出现，重复设施不断出现，使企业的运作费用大大增加。
只有在规划与设计阶段，充分考虑企业未来发展，才能彻底避免不必要的改建与改造。
5.通过精心规划与设计，提高企业对客户的服务能力。
客户对企业的服务的要求越来越高，因此，企业的设施一定要能够满足这种要求。
信息技术越来越发达，企业与企业之间、企业与客户之间的信息透明度不断增强。
其结果是商品越来越丰富，而且，不同企业生产的产品之间的差异越来越小，客户在选购商品时的选择余地越来越大，客户对商品的了解越来越全面，市场进入微利时代。
企业要生存与发展，在不断创新的同时，唯一的办法是提高客户服务水平。
例如，汽车在中国的普及发展，要求商场、超市提供足够的停车位。
6.通过精心规划与设计，提高企业间合作能力。
随着经济全球化进程的不断发展，企业间合作变得越来越重要。
供应链管理理论要求企业的设施与相关企业能够进行很好地“合作”。
例如，现代汽车制造企业要求零部件供应商，把零部件直接送到生长线上，以最大限度地减少搬运环节，降低成本。
第三方库存、供应商库存等理论与方法就是供应链理论发展的产物。
企业为了满足这种发展需求，需要在设施规划与设计阶段做好相应的准备。
[1]
四、设施布置规划与设计的原则
在确定了厂址位置的前提下，设施布置规划与设计还应遵守以下几个原则：
（一）符合工艺过程的要求。
尽量使生产对象流动顺畅，避免工序间的往返交错，使设备投资最小，生产周期最短。
（二）最有效地利用空间。
它包括两方面的内容，一个是场地利用打到适当的建筑占地系数。
另一方面，使建筑物内部设备的占有空间和单位制品的占有空间较小。
（三）物料搬运费用最少。
要便于物料的输入和产品、废料等物料运输路线短捷，尽量避免运输的往返和交叉。
（四）保持生产和安排的柔性。
使之适应产品需求的变化、工艺和设备的更新及扩大生产能力的需求。
（五）适应组织结构的合理化和管理的方便。
使有密切关系或性质相近的作业单位布置在一个区域并就近布置，甚至并在同一个建筑物内。
（六）以流动的观点作为出发点，并贯穿在规划设计的始终，因为企业的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化。
（七）运用系统的概念、系统分析的方法求得系统的整体优化。
同时也要注意把定量分析、定性分析和个人经验结合起来。
（八）重视人的因素。
工作地的设计，实际上是人-机-环境的设计，要考虑环境因素对人的工作效率和身心健康的影响。
（九）规划设计要从宏观（总体方案）到微观（每个子系统），又从微观到宏观，反复评价、修正。
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很显然，上述设计原则涉及面非常广，往往存在相互矛盾的情况，这是由于企业生产的产品、生产类型、企业所处的环境与企业文化都千差万别，因此，设施规划与设计也各不相同。
可以说，没有两次规划与设计是完全相同的。
随着科学技术的不断发展，规划与设计的方法也在不断创新，但是其基本理论、方法和过程基本相同。
五、设施布置的基本形式
设施布置形式受工作流的形式限制，有三种基本类型（工艺原则布置、产品原则布置、定位布置）和一种混合类型（成组技术布置）。
（一）工艺原则布置（ProcessLayout）又称机群布置或功能布置，是一种将相似设备或功能相近设备集中布置的布置形式，比如按车床组、磨床组等分区。
被加工的零件，根据预先设定好的流程顺序，从一个地方转移到另一个地方，每项操作都要适宜的机器完成。
这种布置形式通常适用于单件生产及多品种小批量生产模式。
医院是采用工艺原则布置的典型例子。
（二）产品原则布置（ProductLayout）也称装配线布置、流水线布置或对象原则布置，是一种根据产品制造的步骤安排设备或工作过程的方式。
产品流程是一条从原料投入到成品完工为止的连续线。
固定制造某种部件或某种产品的封闭车间，某设备、人员按加工或装配的工艺过程顺序布置，形成一定的生产线。
适用于少品种、大批量生产方式，这是生产中典型的设备布置方式。
（三）固定工位布置（FixedLayout）适用于大型设备的制造，如飞机轮船等。
它将产品固定在一个固定位置上，所需设备、人员、无聊均围绕产品布置，这种布置方式在一般场合很少应用，飞机制造厂、造船厂、建筑工地等是这种布置方式的实例。
（四）成组技术布置（GroupLayout）在产品品种较多、每种产品的产量又是中等程度的情况下，将工件按其外形与加工工艺的相似性进行编码分组，同组零件用相似的工艺过程进行加工，同时将设备成组布置，即把使用频率高的机器群按工艺过程顺序布置，组合成成组制造单元，整个生产系统由数个成组制造单元构成。
这种成组原则布置方式适用于多品牌、中小批量生产。
[2]
六、设施布置的基本流动模式
对于生产、储运部门来说，物料一般沿通道流动，二设备一般也是严通道两侧布置的，通道的形式决定了无聊、人员的流动模式。
选择车间内部流动模式的一个重要因素是车间入口和车口的位置。
常常由于外部运输条件或原有布置的限制，需要按照给定的入、出口位置来规划流动模式。
此外，流动模式还受生产工艺流程、生产线长度、场地、建筑物外形、物料搬运方式与设备、储存要求等方面的影响。
实际设施布置的流动规划常常是下述五种模式的组合。
（a）直线型（b）L型（c）U型（d）环形（e）S型
图2-1基本流动模式
第三节物料搬运
一、物料搬运的概念
物料搬运（MH）是物料移动、存储、保护、控制的科学和艺术。
因为它设想为一个复杂系统，与该系统相关的问题可用科学公式或数学模型来设计或解决。
他可以替代的知识和经验）。
与MH相关的问题相当复杂，为解决问题必须进行系统的考虑和采用合适的方法学。
这样的方法学包括问题界定、数据收集和分析、解决方案的综合、各种方案的评价和最佳方案的选择。
对问题的分析通常可运用树种分析模型或定量的计算技术。
[3]
物料搬运可以简单地分厂外物料搬运和厂内物料搬运两种：
（一）厂外物料搬运。
机械工厂的厂外物料搬运与厂址选择和专业化协作有密切关系。
厂外物料搬运通常包括公路运输、铁路运输、水路运输等方式。
各工厂根据对外交通、原材料供应、专业化协作和产品销售等条件选择运输方式。
直达工厂的铁路运输需要修建专用线并自备铁路车辆，往往投资大、占地多。
采用水路运输需要在有水运条件下考虑物料性质和来源、产品特点和去向、码头的装卸和转运能力，以及基建投资和水陆转运费用等因素。
公路运输在厂外物料搬运中使用最广泛，汽车一般能直达物料储存和使用地点。
汽车运输应重视节约能源，改善装卸条件，提高汽车利用率和满载系数，降低运输成本。
在现代企业管理中，采用准时生产制的工厂利用汽车将外购原材料和零部件按时直接运到厂内工作地点，准时供生产使用，从而取消中间储存，减少多次搬运，可以显著缩短生产周期和节约流动资金。
（二）厂内物料搬运。
厂内物料搬运系统涉及全厂的生产计划、工艺流程、搬运作业、仓库管理、信息系统等各个方面。
它要求合理安排物料搬运的路线、运量、搬运方法和设备、储存场地、作业人员等，以便加快物流速度（中间停顿少、生产周期短），提高物流质量（物料损耗少、搬运效率高、安全作业好），降低物流费用（包括搬运、储存等有关费用）。
下面如果未作具体说明，一般指厂内物料搬运。
二、物料搬运的主要活动及其含义
（一）移动。
移动物料产生时间地点效用，否则做此毫无意义。
而且，任何物料的移动都需对物料的尺寸、形状、重量和条件，以及移动路径和频度进行分析。
（二）存储。
存储物料在操作之间提供缓冲，便于有效利用人和机器，并提供高效的物料组织。
物料存储中应考虑的问题包括物料的尺寸、重量、条件和堆放要求；需要的产出量，以及建筑物的约束，诸如地面负荷、楼板情况、支柱空间，以及场地净高。
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