Aplicações da Pesquisa Operacional - Campus de Campo Mourão ?· 3 Técnicas de Pesquisa Operacional…

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    Aplicaes da Pesquisa Operacional

    Alisson Leigus1 (DEP/GEPPGO/FECILCAM) alisson.leigus@gmail.com

    Amanda Trojan Fenerich2(DEP/GEPPGO/FECILCAM) amanda.fenerich@gmail.com

    Mrcia de Ftima Morais3 (DEP/GEPPGO/FECILCAM) marciafmorais@yahoo.com.br

    Resumo: Enquadrada em uma das dez grandes reas da Engenharia de Produo, a Pesquisa Operacional (PO), de acordo ABEPRO (2009), definida como a rea responsvel pela soluo de problemas reais, recorrendo a situaes de tomadas de deciso, atravs de modelos matemticos. A PO uma cincia aplicada voltada para a resoluo de problemas reais que busca aplicar conhecimentos de outras disciplinas como matemtica, estatstica, computao para aprimorar a racionalidade nos processos de tomadas de decises. Algumas das tcnicas mais conhecidas e utilizadas de PO so: Programao Linear, Simulao, Teoria da Filas, Anlise de Deciso e Scheduling. Tais tcnicas permitem a resoluo de diversos problemas, dos quais destacam-se: alocao de recursos, localizao e distribuio da produo, estoque, substituio e reposio de equipamentos, sequenciamento e coordenao de tarefas, determinao de caminhos em rede, roteamento de veculos, etc., e so aplicadas nos mais diversos setores da economia. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo discutir os principais aspectos tericos relacionados com a PO, bem como apresentar as tcnicas de PO mais utilizadas e suas principais aplicaes. A pesquisa aqui relatada classifica-se, quanto aos fins, como descritiva e explicativa e, quanto aos meios, como bibliogrfica. O mtodo de abordagem o qualitativo.

    Palavras-chave: Pesquisa Operacional; Tomada de Decises; Tcnicas; Aplicaes.

    1. Introduo

    A Engenharia de Produo a rea da Engenharia que se ocupa com os problemas das operaes produtivas, sendo sua nfase a produo de bens e servios. Lidar com a diversidade de operaes existentes constitui um dos grandes desafios para a Engenharia de Produo.

    Na concepo do American Institute of Industrial Engineers, segundo ABEPRO (2009), a Engenharia de Produo a Engenharia responsvel projeto, a implantao, a operao, a melhoria e manuteno de sistemas produtivos de bens e servios, caracterizados pela integrao entre homens, materiais, tecnologia, informao e energia, para o incremento

    1 Graduando em Engenharia de Produo Agroindustrial pela Faculdade Estadual de Cincias e Letras de Campo Mouro. Acadmico participante do Programa Institucional de Bolsas de Iniciao Cientfica da FECILCAM (PIBIC-FECILCAM), com bolsa financiada pela Fundao Araucria. Pesquisador do Grupo de Estudos e Pesquisa em Processos e Gesto de Operaes (GEPPGO). reas de atuao: Gesto da Produo, e; Gesto do Produto. 2 Graduanda em Engenharia de Produo Agroindustrial pela Faculdade Estadual de Cincias e Letras de Campo Mouro. Acadmica participante do Programa Institucional de Bolsas de Iniciao Cientfica da FECILCAM (PIBIC-FECILCAM), com bolsa financiada pela Fundao Araucria. Pesquisador do Grupo de Estudos e Pesquisa em Processos e Gesto de Operaes (GEPPGO). reas de atuao: Gesto da Produo, e; Gesto do Produto. 3 Graduada em Engenharia de Produo Agroindustrial pela Faculdade Estadual de Cincias e Letras de Campo Mouro. Mestre em Engenharia de Produo pela Universidade de So Paulo EESC/USP. Professora Assistente do Departamento de Engenharia de Produo Agroindustrial da Faculdade Estadual de Cincias e Letras de Campo Mouro. Pesquisadora do Grupo de Estudos e Pesquisa em Processos e Gesto de Operaes (GEPPGO). reas de atuao: Pesquisa Operacional; PPCP; Programao da Produo; Logstica, e; Educao em Engenharia de Produo.

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    da produtividade e da qualidade, bem como pela especificao, preveno e avaliao dos resultados obtidos destes sistemas para a sociedade e o meio ambiente.

    Como rea de conhecimento a Engenharia de Produo, fundamenta-se nos conhecimentos especializados da matemtica, fsica, cincias humanas e sociais, conjuntamente com os princpios e mtodos de anlise e projeto da engenharia e da computao (ABEPRO), constituindo o elo entre a tecnologia propriamente dita e a administrao de organizaes produtivas (OLIVEIRA NETTO & TAVARES, 2006).

    A ABEPRO (2009) enquadra a Pesquisa Operacional em uma das dez reas da Engenharia de Produo, definindo-a como a rea responsvel pela soluo de problemas reais, recorrendo a situaes de tomadas de deciso, atravs de modelos matemticos. Busca aplicar conhecimentos de outras disciplinas como matemtica, estatstica, computao para aprimorar a racionalidade nos processos de tomadas de decises, sem descuidar das variveis que caracterizam os problemas.

    Esta grande rea, ainda de acordo com a ABEPRO (2009) enconta-se dividida em sub-reas de conhecimento, que so: modelagem, simulao e otimizao; programao matemtica; processos decisrios; processos estocsticos; teoria dos jogos; anlise se demanda e inteligncia computacional

    De acordo com a SOBRAPO (2009) a Pesquisa Operacional uma cincia aplicada voltada para a resoluo de problemas reais e tem como foco a tomada de decises. Para isto, aplicam-se conceitos e mtodos de outras reas cientficas, tais como economia, matemtica, estatstica e informtica.

    A utilizao das tcnicas de Pesquisa Operacional justifica-se pela necessidade de evidenciar e tornar mais amplo os estudos feitos nesta rea, j que a globalizao trouxe consigo um ambiente competitivo, onde se tornam necessrios a utilizao de recursos que garantam a eficincia e viabilidade de investimento, e aplicaes de mtodos matemticos que minimizem as incertezas nas decises tomadas pelos administradores (SANTOS; SOUZA; MORAIS, 2008).

    Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo discutir os principais aspectos tericos relacionados com a Pesquisa Operacional, bem como apresentar as tcnicas de Pesquisa Operacional mais utilizadas e suas principais aplicaes.

    O trabalho relatado neste artigo classifica-se, quanto aos fins, como uma pesquisa descritiva e explicativa e, quanto aos meios, como bibliogrfica. O mtodo de abordagem adotado o qualitativo, pois este visa apresentar e explicar a Pesquisa Operacional e suas principais tcnicas, bem como apresentar a utilizao das tcnicas da Pesquisa Operacional na Engenharia de Produo.

    O artigo encontra-se estruturado em 5 sees. A primeira, introduz e contextualiza o assunto, apresenta o trabalho e os procedimentos metodolgicos utilizados. A segunda parte aborda a histria da pesquisa operacional, tanto a origem quanto seus conceitos. A terceira seo apresenta algumas ferramentas para tomadas de decises. A quarta seo do artigo aborda as diferentes formas de aplicaes da pesquisa operacional e na quinta seo so apresentadas as consideraes finais.

    2. Pesquisa Operacional

    2.1 Origem

    Embora muitas referncias mencionarem a Segunda Grande Guerra Mundial como sendo o momento histrico do surgimento da Pesquisa Operacional, acredita-se que foi

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    durante a primeira revoluo industrial que surgiram as situaes que seriam tratadas no futuro por essa ferramenta de apoio tomada de deciso (COSTA In BATALHA, 1997,p.16).

    Durante a Segunda Guerra Mundial, surgiu a denominao de Pesquisa Operacional (do ingls Operational Research), que se desenvolveu a partir do trabalho conjunto de cientistas de vrios ramos do conhecimento, para resolver problemas de ordem ttica e estratgica, tais como: dimensionamento de frotas, utilizao dos radares e organizao de baterias antiareas. E aps a guerra, a Pesquisa Operacional encontrou grande espao de atuao, tanto no processo de reconstruo das fbricas na Inglaterra, quanto na ampliao da indstria blica norte-america. (COSTA In BATALHA, 1997).

    2.2 Definies e Conceitos

    A Pesquisa Operacional uma cincia que objetiva fornecer ferramentas quantitativas aos processos de tomada de deciso. Um estudo tpico de Pesquisa Operacional agrega em sua teoria quatro cincias fundamentais: a economia, a matemtica, a estatstica e a computao. Um estudo de caso de Pesquisa Operacional completo corresponde realizao de experimentos numricos com modelos lgico-matemticos.

    Andrade (2002, p.1) definiu a Pesquisa Operacional como um ramo da cincia administrativa que fornece instrumentos para a anlise de decises e ainda menciona uma caracterstica importante desta cincia, que a utilizao de modelos, o que facilita no processo de anlise de deciso, pois esta abordagem permite a experimentao.

    A Pesquisa Operacional para Bronson (1985, p. 6) tanto uma arte como uma cincia: a arte reside na habilidade de exprimir os conceitos de eficiente e de escasso por meio de um modelo matemtico bem definido para uma determinada situao; a cincia consiste na deduo de mtodos computacionais para solucionar tais modelos.

    J segundo a definio apresentada por Ackoff; Sasieni (1979 apud COSTA, 1997, p. 18) a Pesquisa Operacional a aplicao do mtodo cientfico, por equipes multidisciplinares, a problemas que dizem respeito ao controle de sistemas organizados com a finalidade de obter as solues que melhor satisfaam aos objetivos da organizao, como um todo.

    Em ambas as definies, pode-se notar a facilidade que as empresas encontram nos processos de tomada de deciso com a utilizao mtodos da Pesquisa Operacional, podendo uma deciso ser testada e avaliada antes que seja implantada, e o envolvimento desta cincia no que diz respeito alocao eficiente de recursos, tendo em vista que tais recursos so geralmente escassos ou caros.

    No que diz respeito ao seu carter multidisciplinar, a SOBRAPO (2009) conceituou a Pesquisa Operacional como sendo uma disciplina cientfica de caractersticas horizontais com suas contribuies estendendo-se por praticamente todos os domnios da atividade humana, da Engenharia Medicina, passando pela Economia e a Gesto Empresarial.

    A Engenharia de Produo possui uma grande rea de atuao, denominada Gerncia da Produo, que utiliza muito as tcnicas de Pesquisa Operacional (COSTA In BATALHA, 1997, p.17). Ainda segundo o autor, existem atualmente diversas associaes que congregam pesquisadores e usurios de PO, dentre as quais a Associao Brasileira de Engenharia de Produo (ABEPRO).

    3 Tcnicas de Pesquisa Operacional

    Como dito anteriormente, a Pesquisa Operacional (PO) uma cincia para tomada de

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    decises, buscando as solues mais adequadas para a resoluo dos problemas, por meio de diversas tcnicas matemticas. As diversas tcnicas de Pesquisa Operacional disponveis so aplicadas de acordo com a particularidade de cada caso. Algumas destas tcnicas so: Programao Linear, Anlise de deciso, Simulao, PERT/CPM, Teoria das filas e Scheduling.

    3.1 Programao Linear

    Esta seo trata sobre problemas de alocao de recursos em termos da programao linear. Segundo Costa (In Batalha, 1997, p.28) os problemas de Programao Linear, em geral, esto associados ao uso ou alocao de recursos escassos (mo-de-obra, materiais, equipamentos, capital), buscando minimizar os custos envolvidos ou maximizar o retorno de capital. Com o mesmo raciocnio, Andrade (2002, p.22) conclui que

    em geral os recursos disponveis no so suficientes para que todas as atividades sejam executadas no nvel mais elevado que se possa desejar. Assim sendo, o que se procura, nesses casos, encontrar a melhor distribuio possvel dos recursos entre as diversas tarefas ou atividades, de modo a atingir um valor timo do objetivo estabelecido.

    Ainda segundo Andrade (2002), a programao linear tornou-se uma importante ferramenta no estudo de gesto, tais como: organizao de transportes, determinao de poltica de estoques, estudos de fluxo de caixa e investimentos, estudos de sistemas de informao, alm dos tradicionais problemas de produo e de mistura de componentes.

    Os problemas de alocao de recursos, que se caracterizam pela existncia de um objetivo e de restries aplicao dos recursos, so geralmente resolvidos com a utilizao do Mtodo dos Pontos Interiores ou o Mtodo Simplex, sendo que o ltimo mais tradicional e conhecido. (ANDRADE, 2002, p. 22; COSTA In BATALHA, 1997, p. 28)

    Lisboa (2002, p. 15) explica que o Mtodo Simplex, desenvolvido por Dantzig em 1956, caminha pelos vrtices da regio vivel at encontrar uma soluo que no possua solues vizinhas melhores que ela, tendo assim a soluo tima. Em alguns casos a soluo tima no pode ser encontrada, devido falta de soluo vivel para o problema ou ento quando uma ou mais variveis tendem ao infinito, fazendo com que as restries continuem sendo satisfeitas, o que fornece um valor sem limites para a funo objetivo.

    3.2 Anlise de Deciso

    Muitas vezes as decises so tomadas baseadas em alguma previso, e definir a probabilidade de ocorrncia de eventos futuros uma tarefa bastante complicada. Esta seo aborda temas relacionados com os processos de anlise de deciso.

    De acordo com Bronson (1985, p. 212) processo de deciso aquele que requer nico ou diversos conjuntos de decises para sua composio. Cada deciso possvel tem um ganho ou perda a ele associado, o qual determinado por circunstncias externas ao processo.

    Para Andrade (2002, p. 3) uma deciso apresenta elevada qualidade quando, de modo eficaz e efetivo, garante o alcance dos objetivos preestabelecidos, para os quais os meios e os recursos foram reservados. Ainda segundo o autor, o processo de tomada deciso seqencial, abrangendo aspectos quantitativos e qualitativos, exigindo muita criatividade e imaginao, sendo que atualmente o administrador conta com um vasto instrumental para auxili-lo.

    Alguns critrios, tais como o minimax, otimista ou mediano, so usados, respectivamente, para relacionar a deciso que minimiza o mximo possvel s perdas;

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    escolher a deciso que maximiza o possvel ganho ou ento para selecionar a deciso na qual a media dos ganhos mximo e mnimo seja maior possvel. (BRONSON, 1985)

    3.3 Simulao

    Em um mundo com mudanas mais freqentes e mais rpidas torna-se necessrio o uso de ferramentas e metodologias que possam permitir aos gestores tomarem decises com um nvel adequado de confiabilidade. Quando h grande complexidade dos modelos h necessidade de utilizar-se de computadores, que otimizam o tempo da simulao e da construo do modelo matemtico, neste contexto desenvolveu-se a simulao. (SANTOS; SOUZA; MORAIS, 2008)

    Costa (In Batalha, 1997, p.34) definiu esta tcnica como o brao experimental da pesquisa operacional. Com a simulao possvel desenvolver experimentos num modelo do sistema real, normalmente computacional, analisar o desempenho das alternativas propostas, manipular os valores dos parmetros, comprimir o tempo e simular um grande intervalo de tempo em segundos. Estes procedimentos evitam gastos desnecessrios, alm de economizar tempo e viabilizar tratamentos em situaes de alta complexidade.

    Ou seja, a simulao a reproduo do funcionamento de um sistema com o auxlio de um modelo, o que nos permite testar algumas hipteses sobre o valor das variveis controladas, sendo muito utilizada nos processos industriais, pois permite ensaios que poderiam comprometer a segurana das pessoas ou a preservao do meio ambiente.

    Atualmente com o avano da informtica, possvel fazer simulaes de processos no meio virtual no qual voc pode identificar problemas e prevenir riscos. Nas indstrias os processos de produo, empregam diversas atividades, envolvendo prioritariamente, aspectos de prazo, transporte, qualidades, custos e segurana, estes estudos em geral so realizados no mbito da logstica, assim as solues de otimizao podem advir da utilizao de recursos como os da simulao. (ARAUJO, 2009)

    3.4 PERT/CPM

    Esta seo apresenta as tcnicas PERT e CPM, que so aplicados na programao da produo quando os produtos so nicos e no repetitivos, ou seja, em sistemas de produo unitrios ou por projeto.

    Conforme Rocha; Raggi; Santos (2005, p. 119) as tcnicas denominadas Program Evaluation and Review Technique (PERT) e Critical Path Method (CPM) foram criadas para o desenvolvimento e controle de projetos, e podem ser utilizadas em vrios setores como: Construo civil, Projetos de Engenharia, Pesquisa e Desenvolvimento de um Produto, Produo de Filmes e Construes de Navios. Tais tcnicas utilizam-se principalmente de grafos e alguns conceitos de redes.

    Segundo Albernaza (2009) o mtodo CPM usado basicamente para determinao do tempo total de projetos e tambm usado para determinar o mximo atraso de tempo de cada atividade de forma a no influir no tempo total do projeto. J o PERT, ainda segundo o autor, usado quando a durao das atividades ainda no conhecida com exatido, sendo usado para determinar a probabilidade de o projeto ser concludo em um dado perodo de tempo. Ou seja, a programao das tarefas na tcnica PERT consiste em determinar em que tempo uma tarefa deve comear e terminar.

    3.5 Teoria das Filas

    Um grande problema relacionado a hospitais, bancos, casas lotricas e demais setores onde envolvam o grande acmulo de pessoas ou de produtos so as filas (de pessoas ou de

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    produtos). E um dos temas que a pesquisa operacional aborda a teoria das filas, que trata de problemas relacionados a congestionamento de sistemas, onde a caracterstica principal a presena de clientes solicitando servios de alguma forma.

    Um sistema de filas (conjunto de usurios, atendentes e ordem de atendimento) um processo de nascimento-morte com uma populao composta de usurios esperando para serem atendidos e sendo atendidos. Um nascimento ocorre quando um usurio chega ao estabelecimento de prestao de servio, e a morte ocorre quando o mesmo deixa o estabelecimento. (BRONSON, 1985)

    Segundo Araujo (2009) [...] o sistema de filas caracterizado por quatro componentes: processo de chegada, processo de atendimento, disciplina nas filas e capacidade do sistema.

    3.6 Scheduling

    A Programao da Produo conjunto de funes de tomada de deciso sobre alocao de recursos e seqenciamento de tarefas no tempo, para que o Plano Mestre de Produo (PMP) seja atendido. Em outras palavras, visando determinar um programa de produo que atenda ao Planejamento Mestre da Produo, considerando a capacidade existente, as restries tcnicas de produo e o registro de controle de estoques, segundo Tubino (2000) e Correa et al. (2001), o Planejamento, Programao e Controle da Produo (PPCP) realizada a atividade de Programao da Produo.

    A Programao da Produo consiste, segundo Correa et al. (2002), em decidir quais atividades produtivas (ou ordens/instrues de trabalho, ou seja, tarefas) detalhadas devem ser feitas, quando (momento de incio ou prioridade) e com quais recursos para atender a demanda, informada atravs do Planejamento Mestre da Produo, formalizado no PMP.

    Objetivando o desenvolvimento e aplicao de mtodos, a teoria de Scheduling trata dos problemas de Programao da Produo. Esses mtodos visam a melhor programao dos trabalhos que competem por recursos comuns (COSTA In BATALHA, 1997, p.16).

    4 Aplicaes da Pesquisa Operacional

    Alguns trabalhos apresentados em reunies da SOBRAPO citam reas onde a Pesquisa Operacional foi aplicada com sucesso e onde se observa a grande variedade dessas aplicaes, so elas: administrao e gerencia; agropecuria; economia e planejamento econmico; educao e sade; energia; engenharia; foras armadas; investimentos e finanas; localizao, armazenamento e distribuio; planejamento e controle da produo; planejamento urbano e regional; recursos hdricos; siderurgia; telecomunicaes; petrleo; transporte; logstica e gesto ambiental. (ROCHA; RAGGI; SANTOS, 2005)

    4.1 Agropecuria

    Mesmo no sendo to utilizada como nas reas de transporte, energia, telecomunicaes e finanas, a Pesquisa Operacional na agropecuria aplicada nas unidades de produo agropecuria, nas agroindstrias e tambm no planejamento estratgico e desenvolvimento de polticas agropecurias, usada tambm em planejamento da colheita, reforma de canaviais,

    4.2 Transporte

    O problema de roteamento clssico de veculos necessita de um conjunto de rotas de coleta e/ou entrega a partir de um depsito central para vrios pontos de demanda, cada um tendo necessidades de servios, com o objetivo de minimizar a distncia total a ser percorrida pela frota inteira. O tratamento dado aos problemas de roteamento de veculos bastante

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    diversificado, variando no apenas nos algoritmos utilizados, mas tambm no tipo de tratamento dado s particularidades prprias de cada problema.

    Com o uso da pesquisa operacional aplicada a solues dos transportes, os resultados so surpreendentes, como diminuio das rotas, ocorre o suprimento da demanda com o custo mnimo (ZAMBONI, 1997).

    4.3 Planejamento e Controle da Produo

    Segundo BONNEY (2000) a funo Planejamento e Controle da Produo e seus sistemas associados tem o objetivo de planejar e controlar a produo de forma que a empresa atinja os requisitos de produo do modo mais eficiente possvel. E com a ajuda da Pesquisa Operacional, esta garante que a produo ocorra eficaz, eficiente e produza produto conforme os requeridos pelos consumidores. Isto requer que os recursos produtivos estejam disponveis: na quantidade adequada; no momento adequado; e no nvel de qualidade adequado.

    4.4 Sade

    Quando um paciente se encaminha a um hospital, ele espera obter o atendimento o mais rpido possvel, e neste momento que a pesquisa operacional entra, nesta rea pode ser utilizada a tcnica da teoria das filas, j que o grande problema no Brasil em hospitais pblicos so as enormes filas.

    A pesquisa operacional ir buscar explorar toda capacidade do atendimento, alm da melhor distribuio de pacientes entre cidades e at mesmo em redes de hospitais.

    4.5 Agroindstrias

    As agroindstrias so ramos de atividades que necessitam muito das tcnicas relacionadas a pesquisa operacional por exemplo, otimizar as misturas de raes, datas de alojamento e de abate, previso de suprimento de matria-prima, compra e estoque de ingredientes em mltiplos perodos; planejamento de vendas para os mercados interno e externo, roteamento de entregas e controle de atividades dos abatedouros, compra e estoque de ingredientes. (AGOSTI, 2003).

    4.6 Recursos Hdricos

    A falta de eficincia no gerenciamento de sistemas de abastecimento de gua tem se tornado um srio problema na atualidade. Isto limita o desenvolvimento econmico, degrada o meio ambiente e afeta o bem-estar da sociedade. Estudos mais recentes apresentam graves previses de que a demanda de gua ir exceder o abastecimento sustentvel em curto prazo (Colho, 2001).

    Assim aplicando-se a pesquisa operacional, poderamos solucionar muitos problemas como abastecimento de gua, melhores distribuies para que populaes no ficassem sem gua potvel para o consumo.

    A pesquisa operacional e suas tcnicas se bem aplicadas e estudadas podem solucionar vrios problemas, pois esta uma ferramenta que vem sendo usado cada vez mais para tomada de decises e solues de problemas.

    5. Consideraes Finais

    Com a realizao deste trabalho pode-se perceber o importante papel da Pesquisa Operacional nos processos de tomada de deciso nas empresas em geral. Desde o seu surgimento na Segunda Guerra Mundial, o campo de aplicaes desta cincia ampliou-se muito, em funo do aperfeioamento dos mtodos j utilizados e do desenvolvimento de novos mtodos.

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    Mesmo j sendo amplamente usada em vrios setores nas diferentes empresas, a Pesquisa Operacional ainda precisa ser alvo de estudos, para o desenvolvimento de mtodos mais eficazes, bem como para aplicao destes mtodos.

    Referncias

    ABEPRO. reas e Sub-reas de Engenharia de Produo: Pesquisa Operacional. Disponvel em: < http://www.abepro.org.br/interna.asp?p=399&m=424&s=1&c=362>. Acesso em: 12 ago. 2009.

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