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WBA0334_v1.0 MANUTENÇÃO NA INDÚSTRIA 4.0 APRENDIZAGEM EM FOCO 2 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Autoria: Aristóteles Ramon Dias Couto Moreno Leitura crítica: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues Olá, a disciplina Manutenção na Indústria 4.0 vai mostrar como se relacionam os seguintes itens: manufatura inteligente, realidade aumentada, Internet das Coisas (loT), Big Data. Esses itens serão discutidos com o auxílio da gestão e liderança 4.0, com conceitos como o Lean Six Sigma e o PCM na Indústria 4.0. Assim, por meio desta disciplina, será possível compreender conceitos importantes, como o fato de que as informações na Indústria 4.0 podem ser obtidas e enviadas de maneira remota por meio da internet, para evitar paralisações não planejadas, quebras de equipamentos, a possibilidade de reduzir a manutenção não planejada e interrupções no gerenciamento da cadeia de suprimentos, entre outras, permitindo, assim, que a empresa opere com mais eficiência. Adicionalmente, você vai perceber que, ao processar uma grande variedade de dados não estruturados provenientes de sensores, a filtragem e a interpretação adequada tornam-se uma prioridade. Portanto, a apresentação das informações em uma forma compreensível para o usuário é de particular importância. Para isso, são utilizadas plataformas analíticas avançadas para coletar, armazenar e analisar dados sobre processos e eventos tecnológicos, operando em tempo real. Além disso, sabe-se que dispositivos sem fio habilitados para IP, incluindo smartphones, tablets e sensores, já são amplamente usados nos processos produtivos e de fabricação. Nos próximos anos, espera-se que as redes de sensores com fio existentes 3 sejam expandidas e complementadas com redes sem fio, o que ampliará significativamente as áreas de aplicação de sistemas de monitoramento e controle nas empresas. A próxima etapa de otimização dos processos produtivos será caracterizada por uma convergência cada vez mais densa das melhores tecnologias de informação e operacionais. Bons estudos! INTRODUÇÃO Olá, aluno (a)! A Aprendizagem em Foco visa destacar, de maneira direta e assertiva, os principais conceitos inerentes à temática abordada na disciplina. Além disso, também pretende provocar reflexões que estimulem a aplicação da teoria na prática profissional. Vem conosco! TEMA 1 Internet das Coisas (loT). Big Data. Inteligência artificial ______________________________________________________________ Autoria: Aristóteles Ramon Dias Couto Moreno Leitura crítica: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues 5 DIRETO AO PONTO Internet das Coisas, em termos simples, são dispositivos e objetos conectados a uma rede (incluindo a internet) ou a outros dispositivos e máquinas que funcionam de forma autônoma sem intervenção humana. Todos os outros termos simplesmente descrevem o que é possibilitado pela Internet das Coisas. Portanto, os termos smart home, connected machines e outros significam apenas que esses itens estão, de alguma forma, conectados à rede. Isso vale também para a IoT industrial. Esta é uma parte menos popular (mas igualmente impressionante e empolgante) da Internet das Coisas. A conexão é possível graças a componentes modernos e protocolos de transferência de dados sem fio. As tecnologias mais recentes estão levando os engenheiros a criar dispositivos e equipamentos inteligentes que sejam capazes de rastrear, registrar, exibir dados, por exemplo. Embora o conceito de Internet das Coisas já exista há muito tempo, ele está em constante evolução, especialmente à luz de nosso rápido desenvolvimento tecnológico. Pode-se dizer que a IoT é o epítome da fusão gradual dos mundos físico e digital, à medida que os dados são coletados de um número cada vez maior de dispositivos e depois mesclados no que é conhecido como Big Data. No entanto, ao tentar transferir dados coletados pelos dispositivos IoT para um armazenamento centralizado, como uma nuvem, há um problema com o atraso na transferência. De várias maneiras, mesmo que a velocidade da conexão esteja constantemente aumentando, as características desse processo não coincidem com o crescimento dos dados. Se você transferir dados brutos, ou seja, não processados, todos em massa, a latência aumentará e, portanto, o desempenho geral do sistema sofrerá. Assim, o 6 processamento de dados é uma das áreas nas quais a IA pode ter também uma contribuição significativa, além de abrir caminho para a inovação tecnológica em diversas áreas, desde a otimização do transporte urbano até a melhoria da segurança pública e a prestação de serviços financeiros. A IoT, por sua vez, requer componentes que possam lidar com as condições complexas e variadas na borda da rede. A periferia, como você sabe, pode ser, literalmente, qualquer coisa – de veículos e aeronaves no ar a fábricas ou instalações de petróleo localizadas no deserto. Tudo isso requer uma abordagem flexível e adaptável à produção de componentes para resolver esse problema. Um ponto importante também é que a IA promete eliminar, o máximo possível, a influência do fator humano na tomada de decisões. Isso coloca mais pressão sobre os integradores de sistemas: eles precisam fornecer um controle especial sobre a qualidade do funcionamento do conjunto, uma vez que uma falha em algum componente com inteligência artificial nem sempre tem uma causa óbvia ou uma aparente. Ademais, ressalta-se que a Internet das Coisas é uma nova etapa no desenvolvimento da internet, visto que mais coisas estão conectadas a ela do que pessoas. Um exemplo dessa transição ocorreu em 2008-2009, quando o número de dispositivos na rede ultrapassou a população da Terra. Assim, a IoT conecta os objetos ao nosso redor em uma rede de computadores. Eles trocam informações entre si e trabalham sem intervenção humana e em tempo real. Essencialmente, é a internet, capturando o mundo real e ligando os dados ao mundo virtual, como apresenta a linha do tempo da Figura 1. A linha do tempo contempla a Segunda Revolução Industrial (ou revolução tecnológica), que é uma transformação na indústria mundial que abrange a segunda metade do século 19 e o início 7 do século 20. Ao contrário da Primeira Revolução Industrial, baseada em inovações na produção de ferro, motores a vapor e no desenvolvimento da indústria têxtil, a revolução tecnológica se baseou na produção de aço de alta qualidade, na proliferação de ferrovias, eletricidade e produtos químicos. Na era da Segunda Revolução Industrial, o desenvolvimento da economia baseava-se principalmente na inovação (introdução das realizações científicas na produção) e na concentração, monopolização do capital. O fim do século 20 foi caracterizado pela chamada Terceira Revolução Industrial (“Indústria 3.0”), que proclamou a transição para fontes de energia renováveis, a introdução generalizada de sistemas de controle automatizados na produção, o desenvolvimento de projetos de comunicação e a transição para a manufatura aditiva. Deve-se notar que a revolução não é um acontecimento único e, em vários países, ocorre de maneiras diferentes e em níveis não iguais. A característica da Quarta Revolução Industrial é a implementação da ideia de design e fabricação orientados a serviços. Uma característica fundamental desta ideia é a ligação entre máquinas inteligentes e coisas inteligentes. As “coisas inteligentes” irão comandar de forma independente as “máquinas inteligentes” para se produzirem à medida que se desgastam ou analisam as necessidades do consumidor. 8 Figura 1 – Linha da evolução industrial Fonte: elaborada pelo autor. Referências bibliográficas COSTA, M. A. B.; LIZARELLI, F. L. Evolução das teorias e práticas administrativas – de Ford à Indústria 4.0. Santa Cruz do Rio Pardo: Viena, 2018. PIRES, J. N. Robótica Industrial – Indústria 4.0. Lisboa: Lidel, 2018. PARA SABER MAIS A inteligência artificial (IA), às vezes chamada de inteligência de máquina,é a inteligência exibida por máquinas, em oposição à inteligência natural exibida por humanos e animais. Os principais livros didáticos de IA definem o campo como o estudo de agentes inteligentes: qualquer dispositivo que percebe seu ambiente e executa ações que maximizam suas chances de atingir seus objetivos com sucesso. Coloquialmente, o termo “inteligência artificial” é frequentemente usado para descrever máquinas (ou 9 computadores) que imitam as funções cognitivas que os humanos associam à mente humana, como aprender e resolver problemas. À medida que as máquinas se tornam mais capazes, as tarefas que se acredita exigir inteligência são frequentemente excluídas da definição de IA, um fenômeno conhecido como efeito IA. Por exemplo, o reconhecimento óptico de caracteres (OCR) é frequentemente excluído de coisas que são consideradas inteligência artificial, tornando-se uma tecnologia comum. As capacidades das máquinas modernas, comumente classificadas como IA, incluem a compreensão bem-sucedida da fala humana, competição de alto nível em sistemas de jogos estratégicos (como xadrez), máquinas autônomas, roteamento inteligente em redes de distribuição de conteúdo e simulações militares. Os robôs, em muitas indústrias, geralmente realizam trabalhos considerados perigosos para os humanos. Os robôs provaram ser eficazes em operações cíclicas monótonas que podem levar a erro humano ou acidentes devido à perda de concentração, bem como em outros locais de trabalho que os humanos podem considerar degradantes. IA é a base tecnológica para o campo de batalha avançado e sistemas de controle de armas. Com a ajuda da IA, é possível fornecer uma escolha ótima e adaptável às ameaças de uma combinação de sensores e meios de destruição, coordenar seu funcionamento conjunto, detectar e identificar ameaças e avaliar as intenções do inimigo. A IA desempenha um papel essencial na implementação de sistemas táticos de realidade aumentada. Por exemplo, a IA torna possível fornecer classificação e segmentação semântica de imagens, localização e identificação de objetos móveis para designação de alvos eficazes. 10 Lorem ipsum dolor sit amet Autoria: Nome do autor da disciplina Leitura crítica: Nome do autor da disciplina Quanto aos sensores, suas principais características incluem o endereçamento (dependendo da aplicação, cada sensor pode ser endereçado unicamente ou não); agregação dos dados (indica a capacidade de agregar ou sumarizar dados coletados pelos sensores); mobilidade dos sensores (fixos ou móveis); auto-organização (implica obter as estruturas organizacionais necessárias sem exigir intervenção humana); capacidade de responder a consultas (uma consulta sobre uma informação coletada numa dada região pode ser colocada para um nó individual ou um grupo de nós). Referências bibliográficas SINGER, T. Casas, carros e cidades inteligentes: um estudo do enquadramento midiático da Internet das Coisas. Programa de Pós-Graduação em Comunicação e Cultura Contemporâneas da UFBA – Laboratório de Pesquisa em Mídia Digital, Espaço e Redes. Revista Gemins, ano 4, v. 1,n. 2, p. 57-74,São Paulo, 2012. TEORIA EM PRÁTICA Reflita sobre a seguinte situação: os dispositivos de IoT coletam dados em sua forma pura com apenas pequenas ou específicas quantidades de computação. Tomemos, por exemplo, imagens de vídeo para um sistema de segurança: o sistema precisa de quadros nos quais pessoas ou certos objetos se movem, enquanto imagens de um fundo que não mudam claramente não são de interesse particular. Enviar todos os dados da pesquisa para a nuvem para análise consumiria largura de banda que poderia ser mais útil. 11 Mover ou implantar a IA na periferia pode ser intensivo em termos computacionais. Os dispositivos de armazenamento e memória padrão ajudarão a fornecer o desempenho necessário. Por exemplo, ao monitorar o tráfego no local dos dispositivos IoT, são possíveis alterações cíclicas de temperatura ao se mover do dia para a noite e do verão para o inverno. Além disso, os sistemas automotivos devem suportar choques e vibrações, enquanto os sistemas industriais devem suportar níveis crescentes de poluição, etc. O que deve ser levado em consideração nas instalações dos dispositivos IoT na indústria? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Indicação 1 Este trabalho de conclusão de pesquisa tem como objetivo propor uma plataforma inteligente para gerenciamento de ambientes ciberfísicos, de modo a garantir a implementação de processos que seguem as premissas da Indústria 4.0. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. REIS. N. A. et.al. Ambiente inteligente para Indústria 4.0: uma proposta baseada em agentes. Centro de Tecnologias Digitais Indicações de leitura 12 (CETED)Universidade Feevale (FEEVALE) ERS-239, 2755 – 93.525- 075, Novo Hamburgo, RS, 2016. Indicação 2 Este trabalho mostra que, em uma sociedade cada vez mais conectada, emergem novas tecnologias que tendem a impactar as diversas áreas do conhecimento, sociais e culturais. Nesse contexto, desponta a Internet das Coisas (IoT), tendo como premissa interconectar coisas/dispositivos inteligentes a uma rede, onde tais dispositivos têm autonomia nas tomadas de decisões, organização das informações e tornam possível o estreitamento da relação homem-máquina. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. SOUZA, T. L. Internet das Coisas (IoT): possibilidades e perspectivas de implantação em bibliotecas universitárias brasileiras. 2017. Departamento de Ciência da Informação, Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2017. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em 13 Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. A Internet das Coisas e as redes sociais são reconhecidas como fontes clássicas de Big Data, acredita-se também que este pode vir das informações internas de empresas e organizações (geradas em ambientes de informação, mas não previamente guardadas e analisadas), dos campos da medicina e da bioinformática, a partir de observações astronômicas. Qual método analítico é aplicável ao Big Data? a. Aprendizagem de máquina. b. Manutenção corretiva. c. Não reconhecimento de padrões. d. Erros aleatórios. e. Perda de processamento. 2. A Internet das coisas (IoT) é o conceito de uma rede de computação de objetos físicos (coisas) equipada com tecnologias integradas para interagir entre si ou com o ambiente externo, que considera a organização de tais redes como um fenômeno capaz de reestruturar a economia e processos sociais, excluindo por parte das ações e operações a necessidade de participação humana. Diante do texto anterior, qual característica não faz parte da Internet das Coisas? a. Ferramentas de identificação. b. Medição. 14 c. Meios de transmissão de dados. d. Ferramentas de processamento de dados. e. Uso do smartphone. GABARITO Questão 1 - Resposta A Resolução: O aprendizado dedutivo é comumente referido como sistemas especialistas, portanto, os termos aprendizado de máquina e aprendizado de caso de uso podem ser considerados sinônimos, necessitando do Big Data para o seu funcionamento. Questão 2 - Resposta E Resolução: Como o smartphone já é um dispositivo conectado na rede, ele não entra na definição de IoT, visto que o IoT visa conectar em rede itens que ainda não fazem parte da rede mundial de computadores. TEMA 2Manufatura, Indústria 4.0 e veículos autônomos ______________________________________________________________ Autoria: Aristóteles Ramon Dias Couto Moreno Leitura crítica: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues 16 DIRETO AO PONTO Manufatura inteligente é uma ampla categoria de manufatura que inclui manufatura integrada por computador, altos níveis de adaptabilidade e mudanças rápidas de projeto, tecnologia de informação digital e treinamento técnico mais flexível. Outras metas, por vezes, incluem níveis de produção em mudança rápida com base na demanda, otimização da cadeia de suprimentos, fabricação eficiente e reciclabilidade. De acordo com esse conceito, a fábrica inteligente inclui sistemas interoperáveis, modelagem e simulação dinâmica multiescala, automação inteligente, segurança cibernética robusta e sensores em rede. A ampla definição de manufatura inteligente abrange muitas tecnologias diferentes. Algumas das tecnologias-chave no movimento de manufatura inteligente incluem recursos de Big Data, dispositivos industriais e serviços para conectividade com a internet e robótica avançada. A manufatura inteligente usa análise de Big Data para refinar processos complexos e gerenciar cadeias de suprimentos. A análise de Big Data se refere ao método de coleta e compreensão de grandes conjuntos de dados em termos dos chamados três Vs: velocidade, variedade e volume (ALMEIDA, 2019, p. 20). A taxa indica a frequência da coleta de dados, que pode ser simultânea à aplicação de dados anteriores. Variedade descreve os diferentes tipos de dados que podem ser processados. O volume representa a quantidade de dados. A análise de Big Data permite que a empresa use a manufatura inteligente para prever a demanda e reprojetar em vez de reagir aos pedidos feitos. Robôs industriais modernos, também conhecidos como máquinas inteligentes, operam de forma autônoma e podem se 17 comunicar diretamente com os sistemas de produção. Em alguns ambientes de produção desafiadores, eles podem trabalhar com pessoas, interagindo na montagem. Ao avaliar a entrada de toque e distinguir entre diferentes configurações de produto, essas máquinas podem resolver problemas e tomar decisões independentemente de humanos. Esses robôs podem trabalhar além do que foram originalmente programados para fazer e têm inteligência artificial que lhes permite aprender com sua própria experiência. Essas máquinas podem ser reconfiguradas e reatribuídas. Isso permite que elas respondam rapidamente às mudanças e inovações no projeto, o que é uma vantagem competitiva sobre os processos de manufatura mais tradicionais. O desafio associado à robótica avançada é a segurança e o bem-estar das pessoas que interagem com sistemas robóticos. Tradicionalmente, medidas foram tomadas para separar robôs de recursos humanos, mas o desenvolvimento das habilidades cognitivas dos robôs abriu oportunidades para o trabalho conjunto de robôs com pessoas. Alguns produtos possuem sensores embutidos que produzem grandes quantidades de dados que podem ser usados para entender o comportamento do consumidor e melhorar futuros lançamentos de produtos. A produção moderna é caracterizada pela capacidade de reestruturar rapidamente a produção para a fabricação de novos produtos. Isso pode estar associado à aquisição e integração de novas máquinas nas instalações de produção existentes, à construção de uma nova produção do zero ou à otimização da estrutura da produção existente. A Figura 1 mostra a imagem de uma perspectiva da produção inteligente, na qual, ao automatizar os processos de produção usando robôs industriais, uma empresa pode perceber claramente que a robotização da produção oferece uma série de vantagens. 18 Figura 1 – Sistema de produção automatizado Fonte: Tetiana Lazunova/iStock.com. Na Industria 4.0, todos os processos da empresa serão combinados em uma rede, que é monitorada por um sistema automatizado. Com a ajuda de vários sensores e modelos digitais, ela monitora a eficiência da empresa e sugere quais processos podem ser otimizados – para reduzir o tempo de inatividade do equipamento, rastrear deficiências por parte da equipe e determinar o gargalo que retarda o processo. Nesse contexto, o sensoriamento distribuído representa um projeto funcional integrado, ou coprojeto, de todos os componentes do robô, quando a estrutura, os atuadores, sensores, fontes de alimentação, plataformas de computação, algoritmos e software são desenvolvidos simultaneamente, com base na funcionalidade final do sistema. Além disso, na visão técnica, considera-se uma alternativa para a robótica móvel, as pessoas estão tentando fazer um sistema de navegação autônomo 19 baseado em outros sensores, para então usar sonares, câmeras estéreos, sensores de luz estruturados e câmeras de tempo de voo. Já na robótica pessoal, os sensores para interação multimodal com uma pessoa devem receber uma adoção mais ampla. Referências bibliográficas ALMEIDA, P. S. Indústria 4.0 – princípios básicos, aplicabilidade e implantação na área industrial. São Paulo: Érica, 2019. PARA SABER MAIS Na produção industrial, muitas questões surgem relacionadas com a organização eficiente da produção (PIRES, 2018, p. 49). Temos que resolver tarefas complexas e multifacetadas destinadas a obter a máxima eficiência empresarial. Na solução de tais problemas, e como resultado do desejo de dominar uma vantagem tecnológica sobre os concorrentes, a questão da automação dos processos produtivos na empresa torna-se central na utilização de novas tecnologias na produção. Uma das soluções mais produtivas nesta área é a utilização de robôs industriais. A construção competente do processo produtivo, a substituição da mão de obra manual por sistemas automatizados capazes de realizar tarefas de produção sem intervenção humana com maior rapidez, precisão e eficiência é a chave para o consumo econômico e produtivo. Em geral, os robôs podem ser condicionalmente divididos em dois tipos: locomoção e manipulação. Podem mover-se por si próprios e mover uma carga útil ou uma pessoa por distâncias consideráveis, como os drones, veículos não tripulados ou barcos. 20 Muitas indústrias em todo o mundo chegaram à conclusão de que, sem o uso de robôs industriais, era impossível alcançar os resultados obtidos após a introdução de tais sistemas. A robotização dos processos de produção é um nível completamente novo de capacidade de fabricação das empresas. Frequentemente, presume-se que o uso de robôs industriais é prerrogativa exclusivamente de grandes empresas industriais e de produção em larga escala, mas não é esse o caso. Hoje, o preço adequado e a flexibilidade da construção de sistemas robóticos tornam possível a utilização de tais equipamentos não apenas em grandes empresas com produção contínua, mas também em empresas de pequeno e médio porte. A falta de pessoal qualificado, o tempo despendido com a sua constante reciclagem, a dificuldade em cumprir padrões de qualidade são o que cada empresa pode enfrentar em qualquer fase do seu desenvolvimento. A forte dependência de recursos de mão de obra, o aprimoramento de suas tecnologias, a busca por formas de rentabilidade ótima dos processos faz com que as empresas passem a um novo patamar de automação da produção por robôs. Frequentemente, uma empresa tem operações bastante primitivas associadas à alta repetibilidade e onde mão de obra humana é usada. Isso pode ser carregar/descarregar a máquina, empilhar em paletes, classificar, embalar, armazenar, etc. Essas ações não são uma funcionalidade humana – são uma funcionalidade do robô. Às vezes, o uso de mão de obra para tais operações pode servir de freio ao desenvolvimento da empresa. O uso de robôs industriais nessas áreas ajuda a acelerar significativamente o processo, evitar o aparecimento de defeitos na produção, liberar trabalhadores e usá-los em operações mais complexas para aumentar aprodutividade geral e a eficiência do trabalho. 21 Referências bibliográficas PIRES, J. N. Robótica Industrial – Indústria 4.0. Lisboa: Lidel, 2018. TEORIA EM PRÁTICA Reflita sobre a seguinte situação: tecnicamente falando, um carro autônomo é um veículo avançado equipado com um sistema de controle automático e capaz de dirigir sem motorista. Este é um excelente exemplo da revolução tecnológica que foi incorporada aos drones. Os engenheiros conseguiram eliminar a necessidade de uma pessoa dirigir, assim, aproximando o futuro. Os veículos não tripulados modernos são embalados com tanta tecnologia que criam o efeito da presença e participação total de uma pessoa na tomada de decisões sobre velocidade, rota e ações em situações de emergência. Diante disso, quais são as tecnologias que conseguem fazer o carro ficar autônomo? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. 22 LEITURA FUNDAMENTAL Indicação 1 Este artigo tem como objetivo investigar a formação de redes em projetos de manufatura distribuída, identificando os stakeholders e os tipos de conexões ao longo do projeto. A abordagem metodológica utilizada foi a pesquisa-ação longitudinal para um projeto de manufatura distribuída com foco na produção flexível. A planta central estava localizada na Alemanha e o fornecedor localizado no Brasil, com parceria entre a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e a Universidade Técnica de Darmstadt, Alemanha. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. DURÃO, L. F. C. S. et al. Industrie 4.0: formação de redes de projeto em manufatura distribuída. Fundação para o Desenvolvimento de Bauru (FunDeB), 2017. Indicação 2 O ser humano, enquanto ser criativo, sempre produziu objetos para seu benefício. Isto aplica-se desde o início dos tempos até os dias de hoje. No entanto, a atividade de produção foi sempre subtrativa, ou seja, o desperdício de material é uma consequência da própria atividade. No entanto, perto do final do século 20, surge a manufatura aditiva, uma tecnologia revolucionária que pretende afirmar-se como o novo paradigma de produção. A manufatura aditiva é um processo de produção de objetos de Indicações de leitura 23 forma aditiva, em que o desperdício de material é extremamente reduzido ou praticamente inexistente. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. CARDOSO, B. F. M.; SANTOS, F. M. B. C. Indústria 4.0: manufatura aditiva e o seu potencial de inovação. 2020. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. Em robôs inteligentes projetados para explorar e dominar mundos desconhecidos pelo homem, a adaptabilidade máxima e um alto nível de inteligência são necessários. Qual dos itens a seguir os robôs inteligentes devem possuir? a. Desconhecer os sinais do ambiente. b. Reconhecer padrões do ambiente. c. Executar funções de maneiras aleatórias e desordenadas. d. Não entender os comandos enviados pelos sensores. 24 e. Deixar de funcionar durante o processo produtivo . 2. Um gêmeo digital é um software análogo a um dispositivo físico que simula processos internos, características técnicas e comportamento de um objeto real sob condições de interferência e do ambiente. Qual é a característica fundamental do gêmeo digital? a. O gêmeo digital é usado em alguns estágios do ciclo de vida do produto, incluindo design, produção, operação e descarte. b. Um gêmeo digital é uma desconfiguração digital de um objeto ou sistema real. c. Uma característica importante do gêmeo digital é que as informações dos sensores de um dispositivo real operando em paralelo são removidas durante o processo de digitalização. d. Uma característica importante do gêmeo digital é que as informações dos sensores de um dispositivo real operando em paralelo são recusadas. e. Uma característica importante do gêmeo digital é que as informações dos sensores de um dispositivo real operando em paralelo são usadas para definir influências de entrada nele. 25 GABARITO Questão 1 - Resposta B Resolução: Trata-se de um robô, ao qual uma pessoa dá comandos específicos até certo ponto, após os quais o próprio robô reconhece o objeto das operações, descobre as condições de sua execução e, com base nessas informações, determina e implementa métodos de execução das operações. Durante estas, o robô monitora a mudança no estado do objeto e se adapta ao ambiente. Questão 2 - Resposta E Resolução: Um gêmeo digital é um software análogo a um dispositivo físico que simula processos internos, características técnicas e comportamento de um objeto real sob condições de interferência e do ambiente. Uma característica importante do gêmeo digital é que as informações dos sensores de um dispositivo real operando em paralelo são usadas para definir influências de entrada nele. O trabalho é possível tanto on-line quanto off-line. Além disso, é possível comparar as informações dos sensores virtuais do gêmeo digital com os sensores de um dispositivo real, para identificar anomalias e as causas de sua ocorrência. TEMA 3 PCM, interoperabilidade e customização em massa ______________________________________________________________ Autoria: Aristóteles Ramon Dias Couto Moreno Leitura crítica: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues 27 DIRETO AO PONTO O planejamento de manutenção, também conhecido como manutenção preventiva planejada (PPM), permite que você mantenha seu equipamento no nível de qualidade desejado ou necessário e limite a necessidade de manutenção reativa ao mínimo. A manutenção preventiva, por sua vez, pode ser baseada no tempo e na condição, e com a manutenção baseada no tempo, o trabalho de manutenção ocorre em intervalos de tempo predefinidos, com base nos quais um plano de manutenção é gerado. Um plano de manutenção baseado no tempo para um equipamento, um sistema técnico ou um edifício consiste em uma biblioteca com atividades de manutenção definidas para o respectivo equipamento e um intervalo de tempo ou uma frequência definida para sua implementação. Os dashboards ajudam o operador na tomada de decisões durante o processo de manutenção e ajudam a reduzir o risco de parada de produção. Outro fator importante é a avaliação de tendências, podendo prever paradas antes mesmo de acontecerem, ajudando na gestão de contingência da produção. A Figura 1 ilustra esse conceito. 28 Figura 1 – Análise em dashboard Fonte: Rawpixel/iStock.com. A manutenção baseada na condição, por outro lado, é uma metodologia que se baseia em previsões de falha do equipamento e prevê trabalhos de manutenção antecipada para evitar tal falha. Esse tipo de manutenção é adequado para equipamentos que enviam seu status atual eletronicamente para um sistema de manutenção, que determina o tipo e o tempo de manutenção com base em valores-limite e parâmetros previamente definidos. Este monitoramento contínuo da condição de um equipamento ou sistema significa que a manutenção pode ser realizada just in time: nem muito cedo, nem muito tarde. Como resultado, os custos de manutenção são mantidos em um mínimo, enquanto uma falha do sistema e a solução de problemas dispendiosa associada são evitadas. Um caso de manutenção com base na condição seria, por exemplo, a temperatura máxima predefinida em seu sistema de ar-condicionado. Assim que a temperatura do sistema ultrapassar este valor-limite, é iniciada uma manutençãopreventiva que evita o risco de falha do sistema. Outro exemplo é a programação automática de uma atividade de manutenção. 29 A capacidade de agendar o trabalho de manutenção, por sua vez, é a maior vantagem da manutenção baseada no tempo em comparação com a manutenção não planejada e reativa. A manutenção reativa é frequentemente associada a altos custos indiretos, que podem ser evitados planejando o trabalho de manutenção. Os custos de manutenção não planejada consistem, entre outras coisas, de perda de tempo de produção, as consequências da falha de recursos operacionais para o negócio principal, custos mais elevados de peças de reposição e perdas de tempo devido à comunicação e ao processamento ineficientes. Os benchmarks mostraram que o trabalho de manutenção não planejada é, em média, de três a cinco vezes mais caro do que o relacionado à manutenção planejada. Além disso, a programação dos trabalhos de manutenção tem a vantagem de que a produção pode ser encerrada fora do horário de trabalho principal, o que limita os efeitos da manutenção ao mínimo. As peças sobressalentes, ferramentas e os recursos necessários podem ser adquiridos antes da manutenção, o que reduz significativamente a duração da manutenção real, medidas estas que reduzem custo, além da vantagem de a continuidade do negócio ser melhorada, uma vez que os recursos operacionais falham com menos frequência. Por outro lado, em contraste com a manutenção baseada na condição, a manutenção regular não requer uma estratégia para monitorar a condição do equipamento. Isso elimina a necessidade de interpretar os dados sobre a situação atual e iniciar as medidas adequadas, bem como os custos associados. No entanto, isso pode resultar na realização de trabalhos de manutenção com muita frequência ou raramente. 30 Referências bibliográficas ALMEIDA, P. S. Indústria 4.0 – princípios básicos, aplicabilidade e implantação na área industrial. São Paulo: Érica, 2019. PARA SABER MAIS Se uma máquina falhar, isso, geralmente, leva a problemas para todo o processo de produção. Dependendo de sua importância na cadeia de processo e das dependências com outros sistemas, no pior caso, várias máquinas podem falhar ao mesmo tempo. Atrasos são então programados – e isso com cronogramas cada vez mais apertados e penalidades contratuais crescentes. A reputação da empresa também sofre. Para neutralizar isso, as empresas estão cada vez mais confiando na manutenção preditiva. Máquinas, dispositivos ou sistemas inteiros não são mais inspecionados e mantidos em intervalos rigidamente especificados, devido ao monitoramento permanente de sensores instalados diretamente nas máquinas, que medem permanentemente temperatura, pressão, umidade, etc. Os dados de processo e produção de máquinas e sistemas são registrados e analisados e eventuais desvios são mostrados. Ao mesmo tempo, as informações de manutenção, como o tempo para trocar uma peça de desgaste, são calculadas e relatadas. Graças a esta análise inteligente dos dados, as falhas de longo prazo da máquina podem ser reduzidas ao mínimo, porque os componentes críticos que favorecem a falha são identificados e substituídos em um estágio inicial. Além disso, a este ponto é importante ressaltar que muitos dados são registrados na manutenção preditiva e tem-se que, além 31 das informações dos sensores nas máquinas e peças individuais, os dados sobre fatores ambientais, como temperatura externa ou umidade, são coletados continuamente. Esses dados e, acima de tudo, seu manuseio e administração apresentam às empresas desafios difíceis repetidamente. Esses dados estão se tornando cada vez mais críticos para os negócios e, devidamente preparados e analisados, levam a descobertas importantes que podem servir de base estratégica para a tomada de decisões. Assim, uma preparação estruturada é necessária para a análise ideal desses dados. Desta forma, observa-se que soluções baseadas em inteligência artificial podem ajudar neste ponto. Os Insight Engines, por sua vez, garantem que os dados sejam fornecidos rapidamente, na hora certa e no contexto certo. Na melhor das hipóteses, os usuários recebem informações adicionais sobre componentes individuais, registros de manutenção, planos de construção, frequências de pedidos, qualidade ou pessoas de contato; o que leva a uma visão abrangente de todos os dados da empresa. Esta perspectiva, chamada visão de 360 graus, leva à otimização de processos individuais de produção e inclui processos de negócios. Por exemplo, se um componente de uma máquina tiver que ser substituído porque foi identificado um desvio da norma, graças a esta visão geral, todas as informações que estão disponíveis na empresa sobre o componente podem ser disponibilizadas instantaneamente. Quaisquer dados sobre fabricantes, fornecedores, custos ou qualidade que estão espalhados por toda a empresa podem ser vistos imediatamente também. 32 TEORIA EM PRÁTICA O conceito de manutenção preventiva é conhecido por qualquer pessoa quando se anda de elevador. Na maioria das vezes, há um selo com a data da última inspeção ao lado do botão. O pessoal qualificado verifica a funcionalidade e segurança do elevador em intervalos especificados. Neste exemplo, os técnicos podem salvar algumas atribuições por meio da manutenção preditiva. Com a ajuda de análises de dados abrangentes, é possível determinar qual sistema requer manutenção e qual ainda não precisa ser verificado no intervalo especificado. Em comparação com a manutenção preventiva, os sistemas com manutenção preventiva podem, portanto, aumentar a segurança e, ao mesmo tempo, evitar custos com trabalhos de manutenção desnecessários. O tempo de funcionamento e a vida útil também são significativamente melhorados. Existem muitas áreas possíveis de aplicação para manutenção preditiva. A complexidade dos sistemas é diferente. As etapas de trabalho individuais do processo de conversão são sempre as mesmas. Em alguns mercados, no entanto, os jogadores estão um pouco mais relutantes em usar novas tecnologias de manutenção. Cite outros exemplos de aplicações de manutenção preditiva. Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. 33 LEITURA FUNDAMENTAL Indicação 1 Este estudo de caso tem como objetivo compreender questões devido aos avanços tecnológicos na área da recolha de dados por meio de sensores dos mais diferentes tipos, que torna muito fácil a monitorização de um processo, existindo, assim, a possibilidade de obtenção de um grande volume de dados por meio dos sensores. Para que estes dados possam ser utilizados e rentabilizados da melhor maneira, será necessário processá- los de forma a serem armazenados e posteriormente tratados e analisados. A motivação prende-se, precisamente, com trabalhar numa área que está num grande crescimento e onde ainda não é claro qual a melhor solução em nível tecnológico para este problema. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. SIMÕES, J. M. R. Infraestrutura de Big Data para manutenção ferroviária: um caso de estudo. Dissertação (Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores) – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Portugal, 2017. Indicação 2 A manutenção evoca a ideia de projetos de máquinas, estratégia de manutenção, exige conhecimentos técnicos apresentados durante o curso de engenharia mecânica, desenvolve habilidade gerencial e aproxima você dos investidores da organização. Indicações de leitura 34 Nesse sentido, a manutenção industrial apresenta um aspecto relevante, pois sabemos que, se não houver um sistema gerindo a organização, as ações daqueles que a comandam, por mais bem-intencionadas que possam ser, não levarão à concretização de seus objetivos. Por isso, logo no início dos nossos estudos, você compreenderáo histórico da manutenção até chegarmos à manutenção produtiva total dos dias atuais. Você estabelecerá um diálogo com a teoria crítica sobre manutenção com base em alguns autores e, além disso, entenderá por que o setor de manutenção industrial tornou-se imprescindível para o setor produtivo e a mão de obra. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. SOEIRO, M. V. A. et al. Gestão da manutenção. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 35 1. Uma grande variedade de dados por conta de um maior número de sensores pode ser usada para implementar um importante tipo de estratégia de manutenção. Assim, qual é esse tipo de manutenção? a. Preditiva. b. Corretiva. c. Reativa. d. Detectiva. e. Produtiva total. 2. Existem vários tipos de manutenção, e com o advento da Indústria 4.0, esta área tem sido extremamente beneficiada. Dentre as manutenções, qual a mais cara e que tende a melhorar com o advento das novas tecnologias na indústria? a. Reativa. b. Corretiva. c. Produtiva total. d. Detectiva. e. Reativa. 36 GABARITO Questão 1 - Resposta A Resolução: O termo manutenção preditiva está ligado à “previsão”, os dados relevantes devem primeiro ser determinados na máquina por sensores. Uma grande variedade de dados e, portanto, um enorme número de sensores pode ser usado para implementar um aplicativo de manutenção preditiva. Exemplos disso são: sensores elétricos, de vibração, de temperatura e de pressão e de umidade. Questão 2 - Resposta B Resolução: A manutenção corretiva é a mais cara e a beneficiada com as tecnologias da Indústria 4.0, devido ao uso de tecnologias como ferramentas de Big Data e inteligência artificial, importantes para a previsão dos defeitos antes que eles aconteçam. TEMA 4 Gestão 4.0, energias renováveis e eficiência ______________________________________________________________ Autoria: Aristóteles Ramon Dias Couto Moreno Leitura crítica: Sofia Maria Amorim Falco Rodrigues 38 DIRETO AO PONTO A eficiência energética é o uso eficiente (racional) dos recursos energéticos, usando menos energia para fornecer o mesmo nível de fornecimento de energia para edifícios ou processos tecnológicos na produção. Atingir a eficiência economicamente justificada do uso de recursos de combustível e energia no nível atual de desenvolvimento de tecnologia e conformidade com os requisitos de proteção ambiental. Este ramo do conhecimento está na intersecção da engenharia, economia, do direito e da sociologia. Ao contrário da economia de energia, que visa principalmente reduzir o seu consumo, a eficiência energética (utilidade do consumo de energia) é um uso útil (eficiente) da energia. Para a população, isso significa uma redução nos custos com utilidades; para o país, economia de recursos, aumento da produtividade industrial e competitividade; para o meio ambiente, limitação da emissão de gases de efeito estufa na atmosfera; para empresas de energia, redução de custos com combustível e custos injustificados de construção; e, por último, para empresas industriais, a redução de custos de lançamento de produtos. Os dispositivos de economia de energia e de eficiência energética são, em particular, sistemas de fornecimento de calor, ventilação e eletricidade, por exemplo, quando uma pessoa está em uma sala e interrompe-se esse fornecimento na sua ausência. Redes de sensores sem fio podem ser usadas para monitorar a eficiência energética. Além disso, observa-se que suas tecnologias podem ser usadas em iluminação (por exemplo, lâmpadas de plasma à base de enxofre), aquecimento (infravermelho, materiais de isolamento térmico.) 39 A economia de energia, por sua vez, é refletida pela implementação com bases organizacionais, científicas, industriais, técnicas e econômicas, medidas destinadas à eficiente utilização racional e ao uso econômico dos recursos energéticos e combustíveis, e o envolvimento de fontes de energia renováveis na circulação econômica. Trata-se de uma tarefa ambiental importante para preservar os recursos naturais e reduzir a poluição ambiental pelas emissões de produtos da combustão de combustível e uma tarefa econômica para reduzir o custo de bens e serviços. Além disso, é importante ressaltar que a relevância da conservação de energia é crescente em todos os países, especialmente naqueles que não são ricos em seus recursos energéticos, devido à superação da alta dos preços dos principais tipos tradicionais de recursos energéticos e ao esgotamento gradual de suas reservas mundiais. Assim, um exemplo disso no Brasil é a criação, em 8 de dezembro de 1993, a partir de um decreto, do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, o selo Procel, que identifica equipamentos eficientes no consumo de eletricidade. A Figura 1 mostra como é esse selo do Procel, que orienta o consumidor no momento da compra, com uma indicação visual em que certifica os melhores equipamentos no consumo de energia elétrica, ou seja, os equipamentos que executam os mesmos serviços que os convencionais, porém com o consumo menor de energia. 40 Figura 1 – Selo Procel Fonte: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/img/selo_procel.jpg. Desta forma, é possível concluir que a ação de implementar medidas de economia de energia e eficiência energética deve ser feita analisando-se os custos únicos para aquisição e instalação de dispositivos de medição e sistemas de controle automático, leitura remota de dispositivos de medição e despesas correntes com bônus (incentivos) aos responsáveis pela economia de energia. Além disso, a energia renovável pode contribuir por meio do uso de luz solar, vento, biomassa, calor interno e até o potencial de energia da água. PARA SABER MAIS O Lean e o Six Sigma são duas metodologias complementares, visto que, enquanto o Lean ajuda a identificar e eliminar o desperdício de processo, o Six Sigma ajuda a reduzir a variação. Além disso, é importante ressaltar que essas duas técnicas são baseadas em princípios científicos básicos e observa-se que o Lean Sigma evoluiu ao longo de quatro gerações, desde a 41 detecção de defeitos até a melhoria geral dos negócios. Assim, aprender os dois juntos certamente proporcionará os benefícios, no entanto, é importante aceitá-la como cultura de poder resistir à sua conquista. Num contexto de globalização da produção e alta competitividade, em que os preços dos bens e serviços devem ser determinados pelo mercado e oligopólios, é possível estabelecer barreiras de mercado à entrada e/ou continuidade de pequenas e médias empresas, sendo necessário que os pequenos e médios supermercados, os retalhistas locais e regionais estejam envolvidos na melhoria contínua dos processos (inovação incremental). Nestes tempos, talvez possa ser uma forma de inovar, reduzir custos e permanecer competitivo. Além disso, ressalta-se que o conceito Lean Six Sigma surgiu com o objetivo de aumentar a agilidade e qualidade nos negócios. Este método permite analisar e prever variabilidade, melhorar a qualidade dos produtos e serviços, aumentar a velocidade dos processos, minimizar custos e direcionar as organizações para o sucesso dos negócios. Trata-se de uma metodologia de melhoria contínua de negócios que maximiza o processo produtivo e visa a melhor satisfação do cliente e capital investido. Neste caso, ainda se tem um método que utiliza previsão de variabilidade climática, destinação de resíduos e planejamentoestratégico de oportunidades. É possível combinar várias ferramentas conforme necessário e ao nível do negócio para se adequar à organização, e a “chave” é diferenciar o suporte especializado para cada projeto requerido. O Lean ajuda a identificar e eliminar o desperdício de processo e o Six Sigma ajuda a reduzir a variação. O domínio do Lean, por sua vez, ajudará a realizar análises orientadas a processos de maneira mais rápida e fácil, enquanto gerencia projetos Six Sigma complexos. O Lean também ajudará a 42 encontrar facilmente soluções na fase de melhoria. Assim, o Lean e Six Sigma interagem e se complementam. As receitas são muito mais rápidas se o Lean e Six Sigma forem lançados juntos (GEORGE, 2003). Você pode analisar que os conceitos de Lean Six Sigma não são apenas como uma ferramenta para reduzir desperdícios e custos, mas também como um método para maximizar o investimento de capital de longo prazo, com aplicações rápidas e de qualidade em cada projeto. Referências bibliográficas GEORGE, T.,The Six Sigma Handbook: The Complete Guide for Greenbelts, Blackbelts, and Managers at All Levels, Revised and Expanded Edition McGraw-Hill, New York, 2003. TEORIA EM PRÁTICA Reflita sobre a seguinte situação: a realidade de hoje é tal que a cultura do consumo de energia em nosso país não está no mais alto nível. Isso é muito influenciado pela mentalidade de nosso povo, que não está acostumado a economizar recursos energéticos, e à deterioração dos ativos fixos, em sua maior parte colocados em operação no século passado. Ao mesmo tempo, você precisa entender que a eficiência e a economia de energia são conceitos-chave para garantir a eficiência dos negócios e do estado como um todo. Simultaneamente, também, observa-se que é a indústria (negócio) a primeira a colher os frutos do uso irracional dos recursos, o que afeta negativamente o custo de produção. Assim, qualquer negócio se constrói sobre o equilíbrio entre receitas e custos de produção 43 (constantes e variáveis), que certamente incluem o custo da energia consumida – seja ela calor, eletricidade ou outra. Quais são os indicadores de eficiência energética? Para conhecer a resolução comentada proposta pelo professor, acesse a videoaula deste Teoria em Prática no ambiente de aprendizagem. LEITURA FUNDAMENTAL Indicação 1 É indicado o estudo a seguir como um exemplo prático de um dos itens deste tema. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. MENDES, M.C.F. O uso de energias renováveis em edifícios de museus. Tese de doutorado. Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias, Lisboa, 2011. Indicação 2 A produção de energias renováveis é essencial para a atual conjuntura da proteção climática no cenário brasileiro. Para realizar a leitura, acesse a Biblioteca Virtual da Kroton e busque pelo título da obra. Indicações de leitura 44 LIMA, R. A. A produção de energias renováveis e o desenvolvimento sustentável: uma análise no cenário da mudança do clima. Revista Direito E-nergia, v. 5, 2014. QUIZ Prezado aluno, as questões do Quiz têm como propósito a verificação de leitura dos itens Direto ao Ponto, Para Saber Mais, Teoria em Prática e Leitura Fundamental, presentes neste Aprendizagem em Foco. Para as avaliações virtuais e presenciais, as questões serão elaboradas a partir de todos os itens do Aprendizagem em Foco e dos slides usados para a gravação das videoaulas, além de questões de interpretação com embasamento no cabeçalho da questão. 1. Quando uma empresa pretende reduzir custos com energia elétrica com a troca de equipamentos, qual deve ser o principal item a ser analisado? a. Diminuição do capital investido. b. Consumo de energia elétrica. c. Diminuição de pessoas. d. Aumento do consumo de eletricidade. e. Diminuição do processo produtivo. 2. Toda empresa trabalha para ter lucro, e isso só acontecerá quando os recursos forem usados de forma holística e adequada para que não sejam desperdiçados e 45 a produtividade seja alta. Qual metodologia é focada em eliminar desperdício? a. Green Belt. b. Black Belt. c. Lean. d. Six Sigma. e. Brainstorming. GABARITO Questão 1 - Resposta B Resolução: O principal item a ser analisado é o consumo de energia e verificar se o equipamento mantém a produção consumindo menos. Questão 2 - Resposta C Resolução: Lean se concentra na análise do fluxo de trabalho para minimizar os tempos de ciclo e eliminar o desperdício. O Lean se esforça para maximizar o valor do cliente enquanto aproveita o máximo de recursos possível. BONS ESTUDOS! Apresentação da disciplina Introdução TEMA 1 Direto ao ponto Para saber mais Teoria em prática Leitura fundamental Quiz Gabarito TEMA 2 Direto ao ponto TEMA 3 Direto ao ponto TEMA 4 Direto ao ponto Botão TEMA 5: TEMA 2: Botão 158: Botão TEMA4: Inicio 2: Botão TEMA 6: TEMA 3: Botão 159: Botão TEMA5: Inicio 3: Botão TEMA 7: TEMA 4: Botão 160: Botão TEMA6: Inicio 4: Botão TEMA 8: TEMA 5: Botão 161: Botão TEMA7: Inicio 5:
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