Navantia

Actualizada 30/10/2019

Publicada 29/05/2018

Ingeniería de Sistemas aplicada a la CiberSeguridad de Sistemas Navales

Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dra. Inmaculada Medina Bulo

Dr. Juan Boubeta Puig

Gr. de Investigación:

UCASE de Ingeniería del Software

Programa de doctorado de la

UCA: Ingeniería Informática

Esta tesis doctoral industrial denominada “Ingeniería de Sistemas aplicada a la CiberSeguridad de Sistemas Navales “, está destinada a definir una metodología de trabajo siguiendo el ciclo de vida de los proyectos navales (buques de superficie, submarinos y sistemas integrados en ellos). En concreto, tiene como objetivo la definición metodológica de la disciplina denominada “Ingeniería de Seguridad de los Sistemas”, integrada dentro de la Ingeniería de Sistemas desarrollada por Navantia. Incluye la definición genérica de objetivos, responsabilidades, hitos, alcance, requisitos, criterios y resultados esperados para el desarrollo de actividades relacionadas con la ingeniería de seguridad de los sistemas y redes de una plataforma naval. Para ello, se llevará a cabo un análisis de las metodologías, procedimientos, normativas y estándares de seguridad de la información y las certificaciones de seguridad existentes que pudieran ser de aplicación a los procedimientos, productos o sistemas de Navantia.

A partir de este análisis se diseñará una metodología adaptada e integrada con el resto de actividades de ingeniería de sistemas realizadas por Navantia, para el desarrollo de sus productos. Se definirán procedimientos genéricos de trabajo, a nivel de programa, para la aplicación de la ingeniería de seguridad de los sistemas a los productos de Navantia, que permitan dotarlos de características de ciberseguridad, considerando todo el ciclo de vida completo, desde su concepción hasta la retirada del servicio. Se persigue principalmente un enfoque metodológico (adaptación de un marco de trabajo tipo NIST/ISO 27000), no soluciones de ciberseguridad concretas, que incluya la definición genérica de: actividades, alcance de paquetes de trabajo, entradas, salidas, dependencias, documentación necesaria y planificación.

Esta aproximación permitirá definir un modelo transversal de gestión de la ciberseguridad para los productos y sistemas de Navantia así como una aproximación Top/Down a la ciberseguridad como disciplina de ingeniería durante todo el ciclo de vida. Como resultado, se definirán las diferentes fases a seguir para aplicar la Ciberseguridad en los Sistemas Navales, así como los documentos a generarse en cada fase, incluyendo el ciclo de vida completo del proyecto.

Control dimensional de grandes estructuras mediante técnicas de visión artificial

Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Lionel Cervera Gontard

Dr. Pedro Galindo Riaño

Gr. de Investigación:

SIC: Sistemas Inteligentes de la Computación, TIC145

Programa de doctorado de la

UCA: Ingeniería Informática

Los grandes barcos se construyen modularmente uniendo bloques de grandes dimensiones construidos separadamente. Por su tamaño, es inherente a la fabricación de estos la existencia de desviaciones dimensionales que si no se controlan pueden provocar importantes fallos en el ensamblaje posterior de las piezas con el consiguiente efecto de coste y retrasos que afectan a la productividad del astillero. Es fundamental aplicar técnicas que permitan hacer el control dimensional durante la fabricación de piezas grandes, que sean flexibles y precisas. La técnica de medida más aplicada emplea estaciones totales que aunque provee medidas precisas es poco flexible y lenta. Más aun, el resultado de la medición es generalmente un número discreto de medidas puntuales que pueden no ser suficientemente representativos de los detalles de piezas tridimensionales de grandes dimensiones.

En esta tesis se desarrollarán técnicas para el control dimensional que provean modelos precisos fiables en tres dimensiones (3D) de grandes estructuras. Para ello se emplearán técnicas de visión artificial que faciliten la captura densa de puntos de la superficie de piezas y la medición precisa de las coordenadas espaciales, todo ello de forma semi o automática. Se estudiarán diferentes alternativas de ubicación del dispositivo de captura datos (dispositivos fijos, móviles, instalados en drones, etc.) así como los algoritmos de procesamiento más adecuados en cada caso (procesamiento de imágenes, fotogrametría, análisis de imágenes de video) con el objeto de mejorar la precisión del control dimensional en grandes estructuras, y en concreto, en la industria naval. Además se evaluarán métodos y algoritmos para el registro de la medida 3D capturadas y los modelos CAD de las piezas, para poder evaluar las diferencias entre lo fabricado y lo diseñado con inmediatez.

Vehículos Marinos de Superficie no tripulados

Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dra. A. Consegliere Castilla

Dr. Manuel J. López Schez

Dr. Alberto Glez Cantos

Gr. de Investigación:

Autom., Procesamiento de

Señales e Ing. en Sistemas

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La presente línea de tesis doctoral industrial está centrada en los vehículos marinos de superficie no tripulados, definidos en inglés como USVs (Unmanned Surface Vehicles). En concreto, se centra en el desarrollo de una de las partes que conforman el sistema de percepción y evitación de obstáculos, COAS (Collision & Obstacle Avoidance System). Antes de exponer la línea central de la tesis, es conveniente presentar los campos principales los que se puede dividir un COAS:
• Sensores. Son necesarios para conocer el vector de estado del buque y el entorno en el que este se encuentra. Los sensores más empleados en este tipo de sistemas son los siguientes: Radar, Sistema de Navegación Inercial-GPS, LIDAR, Visión Estéreo y Anemómetro.

• Sistema de Detección. Su objetivo es fusionar toda la información de los diferentes sensores para construir un modelo del entorno fiable.
• Sistema de Guiado. Su objetivo es la planificación de una trayectoria alcanzable por el USV y sin riesgo de colisión. Está compuesto por un conjunto de algoritmos (métodos locales, globales e híbridos) los cuales deben ser estudiados, implementados, modificados y/o mejorados para determinar la trayectoria o camino a seguir a partir de la posición del vehículo y del objetivo a alcanzar.
• Sistema de Control. Se encarga de conseguir que el vehículo lleve a la práctica las consignas generadas por el sistema de guiado. El algoritmo de control genera una orden a los actuadores a partir de las medidas y/o estimaciones obtenidas a partir de la información aportada por los sensores.
• Integración en la Plataforma Marina. Esta tecnología es la que debe garantizar la integración del COAS con la plataforma del USV.

Una vez presentadas las partes fundamentales de un sistema COAS, es posible señalar el campo en el cual se centra la presente tesis. En concreto, la línea principal queda referida al estudio, implementación y desarrollo de diferentes algoritmos locales o reactivos que serán empleados en el sistema de guiado para garantizar una navegación segura considerando la normativa COLREG para la circulación marítima.

Desarrollo de modelos virtuales para los procesos de un Astillero para la construcción de Grandes Buques

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Moisés Batista Ponce

Dr. Fco. Abad Fraga

Gr. de Investigación:

Ing. y Tecn. de Materiales y

Fabricación

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

El sector de la Construcción Naval cuenta con un sistema productivo complejo, con paso lento en cambios tecnológicos comparado con otros sectores como el aeronáutico o el de la automoción condicionado por el largo ciclo de la vida de los productos y por una elevada competitividad en el mercado global donde a día de hoy Europa compite con nuevos mercados asiáticos altamente tecnificados. Centrándonos en Corea del Sur, vemos como han sido capaces de adaptar e innovar en tecnologías provenientes de economías más avanzadas (Path-Following).

El objetivo principal de este trabajo de investigación, es posicionar a Navantia Bahía de Cádiz en un nivel de los astilleros más competitivos y para ello, en colaboración con Astillero Coreano, se analizarán todos los elementos intervinientes en los sistemas productivos navales (máquinas, personas, procesos, modelo de dirección, etc..) como se relacionan e interactúan entre ellos, permitiendo posicionar a Navantia Bahía de Cádiz hacia la industria 4.0.

Rediseño de un Astillero en torno a la Industria 4.0

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Jorge Salguero Gómez

Dr. Fco. Abad Fraga

Gr. de Investigación:

Ing. y Tecn. de Materiales y

Fabricación

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La Industria 4.0, también denominada como la 4ª Revolución Industrial, contempla una disrupción tecnológica basada principalmente en la digitalización de sistemas y procesos, en base a una serie de habilitadores tecnológicos como son la simulación, el internet de las cosas, big data o los sistemas ciber-físicos, entre otros.

Si bien estas tecnologías se encuentran en fase de desarrollo en diversos sectores, en la industria de la construcción naval han sido escasos estos acercamientos, principalmente debido al uso de sistemas tradicionalmente rígidos de fabricación.

En esta Tesis se pretenden sentar las bases de cómo debería ser un Astillero 4.0, en base al análisis de las estrategias 4.0 de diferentes sectores industriales y de cómo las diferentes tecnologías habilitadoras pueden ser aplicadas al Astillero del futuro, permitiendo de una manera cuantificable evaluar el diseño actual de un astillero para, en base a lo anteriormente comentado, plantear el rediseño del astillero en torno a la Industria 4.0.

Verificación y Validación de Software para Sistemas Navales

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dra. Inmaculada Medina Bulo

Gr. de Investigación:

UCASE de Ingeniería del

Software

Programa de doctorado de la

UCA: Ingeniería Informática

En la prueba de los sistemas están implicados componentes físicos, hardware, y lógicos, software. No obstante, por su naturaleza, la prueba de software adquiere una especial relevancia, pues se desarrollan sistemas críticos en los que un error grave puede dar lugar a la pérdida de vidas humanas o, en el mejor de los casos, a graves pérdidas económicas. Dado que la prueba de este tipo de software es extremadamente costosa e intensiva en recursos humanos, es importante investigar nuevas técnicas que puedan integrarse en el desarrollo de sistemas navales y que permitan reducir su coste sin disminuir
su efectividad.

Navantia Sistemas desarrolla software para los sistemas navales de última generación y sus proyectos son los más importantes dentro del sector naval que han acometido en España en las últimas décadas. El objetivo que se persigue es el aumento en la efectividad de las pruebas de software en sistemas navales reduciendo el esfuerzo dedicado, en el contexto del Astillero 4.0 y en consonancia con el Plan de Transformación Lean de Sistemas de Navantia y las líneas de investigación del grupo UCASE de Ingeniería del Software.

Soldadura Láser Híbrida de uniones a tope de planchas de acero naval en grandes espesores

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. José Mª Sánchez Amaya

Dr. Antonio Domínguez Abecia

Gr. de Investigación:

Corrosión y Protección

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La presente Tesis Doctoral Industrial se enmarca en línea de investigación promovida por NAVANTIA y UCA que se centra en la implantación industrial de las nuevas tecnologías de unión basadas en la tecnología láser, con el fin de reducir tiempos de colocación de planchas y del propio proceso de soldadura.
Concretamente, se hará uso de la soldadura laser híbrida, proceso que integra las ventajas de la soldadura láser y de la soldadura por arco.

El objetivo de la tesis industrial se centra en la evaluación de la implantación de la soldadura láser híbrida en el sector naval para reducir los tiempos de soldeo. Se incluye un estudio de distintas configuraciones, como soldaduras a tope de paños planos de acero naval de grandes espesores, soldadura de perfiles y soldadura de armamento. Entre las actividades a desarrollar, cabe mencionar: estudio de estado del arte de la soldadura laser híbrida en el sector naval, simulaciones y modelado de soldaduras por elementos finitos, realización de pruebas experimentales, evaluación de ensayos a uniones soldadas y verificación de cumplimiento de normativa.

Desarrollo de materiales y tecnologías para la fabricación aditiva en gran formato para el sector naval

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Sergio Molina Rubio

Dra. Pilar Blanco Fdez.

Gr. de Investigación:

Materiales y nanotecnología

para la innovación

Programa de doctorado de la

UCA: Nanociencia y Tecn. de los

Materiales

Esta tesis industrial se engloba dentro del marco de colaboración existente entre el grupo de investigación INNANOMAT (Materiales y Nanotecnología para la Innovación, TEP 946) con Navantia en la línea de investigación denominada
desarrollo de nuevos materiales y tecnologías para la fabricación aditiva.

Entre las principales ventajas que presentan estas nuevas tecnologías aditivas se encuentran la reducción de coste, tiempo y nuevas posibilidades de diseño de elementos de alto valor añadido.

En Navantia se ha realizado previamente a esta tesis doctoral el proyecto 3D CABINS, donde se desarrollaron los materiales y la tecnología necesaria para elaborar, empleando granza polimérica como material base, elementos de hasta 3 m3 de volumen. Este hito ha permitido ampliar los límites presentes en este tipo de tecnologías, incrementándose aún más el potencial que presenta la fabricación aditiva en el sector industrial. Dentro este marco, el objetivo principal de la tesis se centra en continuar con esta línea de investigación, identificando nuevas necesidades en materiales y tecnologías para la creación de elementos y estructuras del sector naval. Entre las necesidades ya identificadas se encuentran el desarrollo de nuevos materiales ignífugos, con apantallamiento electromagnéticos o con resistencia a ambientes marinos entre otras, capaces de ser procesados por estas nuevas tecnologías, aún no resueltos comercialmente.

Automatización y robotización de procesos de un astillero naval

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Arturo Morgado Estévez

Dr. Pedro Galindo Riaño

Gr. de Investigación:

Robótica Aplicada y Sistemas

inteligentes de computación

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

En la tesis se van a tratar a fondo los distintos procesos de soldadura que actualmente existen en Navantia S.A., en su factoría de Puerto Real. En este sentido, se va a hacer un estudio de la situación actual, en cuanto a nivel de robotización y/o automatización de cada uno de los distintos procesos de soldadura que actualmente allí se realizan. Así, se listarán y valorarán los distintos elementos electromecánicos y robóticos que se emplean, siempre en el ámbito de la soldadura, analizando algunos aspectos relevantes de los mismos. Igualmente se valorará el trabajo manual, usando datos sobre la soldadura manual que se realiza, así como los puntos donde se realiza, dentro de los procesos productivos, y la posible valoración de robotizar/automatizar esos puntos de trabajo.

La solución que se estudiará para intentar mejorar y actualizar los distintos puntos de soldadura actual, serán, por un lado el estudio de las actuales soluciones robóticas del mercado, y la posible implantación de las mismas, junto con técnicas de visión artificial, dentro del entorno especial que se contempla en un astillero.
Posteriormente, se analizará el impacto que tendría esta mejora sobre el puesto de trabajo, el trabajador y la empresa, siempre dentro del entorno de la Industria 4.0.

Desarrollo de modelos virtuales para los procesos de un astillero especializado en la construcción de fragatas ligeras

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Antonio Gámez López

Dr. Francisco Abad Fraga

Gr. de Investigación:

Ing. y Tecn. de Materiales y

Fabricación

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

En esta tesis se pretende mejorar los rendimientos económicos, energéticos y medioambientales de un astillero especializado en la construcción de fragatas ligeras. Para ello, se desarrollarán herramientas de análisis, diagnóstico y simulación de procesos de sistemas de fabricación, y se analizará el rendimiento de procesos y productos que permita establecer etapas secuenciales y paralelas para la implementación de mejoras particulares y globales en el sistema productivo del astillero.

En el proceso de investigación se llevará a cabo un exhaustivo análisis del sistema de fabricación del astillero desde un nivel de organización global hasta el estudio detallado de los equipos y tecnologías implicados en la línea de producción de uno o varios elementos del producto final. En este contexto, el empleo de herramientas de simulación en el entorno de la Ingeniería de Fabricación Virtual permitirá disponer de una visión pormenorizada de la situación a priori, además de probar posibles soluciones y mejoras individual y globales que se propongan sin necesidad de comprometer la organización real del sistema.

Análisis de los niveles de ruidos y vibraciones en buques mediante el empleo de modelos de predicción vibroacústicos mixto (SEA y EFEA)

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Ricardo Hernández

Dr. José Ángel Llamas Alfaro

Gr. de Investigación:

L.A.V. (Laboratorio de Ingeniería

Acústica)

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La Ingeniería Naval necesita predecir los niveles de ruido y de vibraciones durante la fase de diseño temprano para satisfacer las exigencias de confort y los límites de niveles de ruido exigidos por la normativa internacional publicada a través del Código de Ruido de la IMO, obligatorio desde el 1 de julio de 2014 para los buques de más de 1.600 de tonelaje bruto. Si los niveles de ruido predichos exceden las regulaciones de los niveles de ruido, deben implementarse las medidas necesarias (control de ruido) para reducir los niveles de ruido y vibración.

En la actualidad, existen diferentes métodos de predicción que de una u otra forma se aplican en la Industria Naval para la predicción de los niveles de ruidos y vibraciones en buques. Métodos como el análisis estadístico de la Energía (SEA) es utilizado principalmente para la predicción del ruido en la industria, mientras que otros como el (EFEA) basado en el análisis mediante elementos finitos se emplea para el cálculo del ruido estructural y por tanto valorar los niveles de ruido transmitido por la estructura.

La presente propuesta plantea la posibilidad de desarrollar una Tesis Doctoral orientada al desarrollo de un modelo de predicción de ruidos y vibraciones basado en un modelo vibroacústico que acople los dos sistemas SEA y EFEA, mediante el desarrollo y/o empleo de software como el ViNAS, ello permitiría obtener los valores vibroacústicos de la estructura mediante modelos FEM y compararlos con las verificaciones insitu.

Para desarrollar esta Tesis se podría utilizar uno de los proyectos de buque que actualmente tiene contratada Navantia, sin que ello perjudicara la construcción del mismo, se podrían obtener grandes beneficios en el diseño y control del ruido en buques y supondría la posibilidad de llevar a cabo la transferencia de conocimiento.

Planificación y Optimización de procesos de soldadura naval mediante técnicas de simulación computacional

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Diego Canales Aguilera

Gr. de Investigación:

Departamento de Ingeniería

Mecánica y Diseño Industrial

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La simulación computacional es una de las tecnologías habilitadoras de la industria 4.0 que permite minimizar el tradicional enfoque “ensayo-error” del diseño en ingeniería, reduce costes y habilita la toma de decisiones basadas en el conocimiento en todas las fases de fabricación de un producto, desde fases tempranas de diseño.

En esta tesis industrial se persigue la caracterización, modelización y simulado de dos procesos de fabricación de gran importancia en la industria naval: los procesos de soldadura y el conformado por líneas de calor.

En ambos procesos se producen distorsiones que deben ser conocidas y controladas, ya sea por sus efectos indeseables, en el caso de la soldadura, o por ser el fin último del proceso como es el caso del conformado por líneas de calor. Es igualmente importante conocer las tensiones residuales inducidas en estos procesos (especialmente en la soldadura, puesto que las piezas a soldar suelen estar punteadas o embridadas) de cara a conocer el estado tensional del buque antes de fletarlo.

En la simulación de las tareas de soldadura no sólo se modelará el proceso de las diferentes tipologías de unión, sino que se considerará la interacción entre ellas, estableciendo secuencias óptimas: mediante diferentes algoritmos avanzados se determinará en qué orden y posiciones se deben depositar los diferentes cordones con el objetivo de minimizar las deformaciones y las tensiones inducidas en el conjunto final (por ejemplo, bloque de un buque).

Estudio de uniones adhesivas para el sector naval

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dra. Mariane Chludzinski

Gr. de Investigación:

Dep. de Ciencia de los

Materiales e Ing. Matalúrgica y

Química Inorgánica

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

La presente Tesis Doctoral Industrial se enmarca en línea de investigación promovida por NAVANTIA y UCA que se centra en el estudio de la sustitución de uniones soldadas por uniones adhesivas en aplicaciones de soporte de componentes en buques, con fin de reducción de peso, tiempos de ejecución, reparación y reprocesos. El objetivo de la tesis industrial es investigar la aplicabilidad de las uniones adhesivas a componentes específicos de buques de acuerdo con sus condiciones de utilización.

El estudio será de modo teórico y práctico. La parte teórica será realizada a partir del estudio bibliográfico, donde el conocimiento será obtenido a partir de las normativas industriales aplicables a ese tipo de procesos, sobre todo relacionada con el sector naval, y también de otras publicaciones científicas y tecnológicas. En la parte práctica se evaluará la influencia de los parámetros de proceso de aplicación de los adhesivos sobre la calidad de las uniones y el modo en que las características constructivas de las uniones alteran las propiedades mecánicas de las mismas. También se evaluará la influencia de las particulares condiciones de servicio de estas uniones en los buques (condiciones adversas de humedad, salinidad y temperatura). La resistencia de las uniones se determinará ante esfuerzos de tracción, pelado y cortadura, evaluándose posteriormente el modo de fallo de la unión.

Técnicas de medición sin contacto para evaluación no destructiva de materiales con vehículos no tripulados

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Empresa colaboradora:

Navantia

Directores:

Dr. Ignacio Mateos Martín

Gr. de Investigación:

Dep. de Ing. en Automática,

Elect., Arquitectura y Redes de

Computadores

Programa de doctorado de la

UCA: Fabricación, Materiales e

Ingeniería Ambiental

El propósito de esta tesis es el diseño, desarrollo y validación de un sistema de ensayos no destructivo capaz de detectar y caracterizar defectos en estructuras marinas. La detección de defectos superficiales y subsuperficiales será llevada a cabo en diferentes fases del proceso de producción y también durante las tareas de mantenimiento periódicas. El estudio riguroso de principios de medición sin contacto y su disponibilidad en vehículos no tripulados serán tareas a contemplar en este trabajo. De este modo, se debe prestar especial atención a las exigentes restricciones respecto al tamaño, peso y consumo, las cuales limitan las características de la instrumentación.

Como potenciales métodos de inspección a ser evaluados, se contemplan tecnologías de sensores magnéticos y térmicos con magnetoresistencias, innovadores magnetómetros óptico-atómicos y termografía infrarroja activa. Además, técnicas electrónicas de reducción de ruido como flipping, realimentación electromagnética y amplificadores lock-in necesitan ser investigadas para mejorar las características de los sensores en el ancho de banda de interés, lo cual ayudará a determinar con precisión la densidad de flujo magnético que nos da los detalles de los defectos a estudiar en el material bajo inspección. Su estudio por medio de matrices de sensores con localización óptima y algoritmos de interpolación para reconstruir el mapa de campo magnético será crítico para conseguir el mejor diseño de un sistema de test no destructivo portátil.

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