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文檔簡介

1、廣瀨拓普康(東莞)電子有限公司 常規(guī)控制圖的作法及其應(yīng)用一、各類常規(guī)控制圖的使用場合1X-R控制圖用于控制對象為長度、重量、強度、純度、時間、收率和生產(chǎn)量等計量值的場合。X控制圖主要用于觀察正態(tài)分布的均值的變化,R控制圖主要用于觀察正態(tài)分布分散或變異情況的變化,而X-R控制圖則將二者聯(lián)合運用,用于觀察正態(tài)分布的變化。2X-s控制圖與X-R圖相似,只是用標(biāo)準(zhǔn)差(s)圖代替極差(R)圖而已。3Me-R控制圖與X-R圖也很相似,只是用中位數(shù)(Me)圖代替均值(X)。4X-Rs控制圖多用于對每一個產(chǎn)品都進行檢驗,采用自動化檢查和測量的場合。5p控制圖用于控制對象為不合格品率或合格品率等計數(shù)質(zhì)量指標(biāo)的場

2、合,使用p圖時應(yīng)選擇重要的檢查項目作為判斷不合格品的依據(jù);它用于控制不合格品率、交貨延遲率、缺勤率、差錯率等。6np控制圖用于控制對象為不合格品數(shù)的場合。設(shè)n為樣本,p為不合格品率,則np為不合格品數(shù)。7c控制圖用于控制一部機器,一個部件,一定長度,一定面積或任何一定的單位中所出現(xiàn)的不合格數(shù)目。焊接不良數(shù)/誤記數(shù)/錯誤數(shù)/疵點/故障次數(shù)8u控制圖當(dāng)上述一定的單位,也即n保持不變時可以應(yīng)用c控制圖,而當(dāng)n有變化時則應(yīng)換算為平均每項單位的不合格數(shù)后再使用u控制圖。二、應(yīng)用控制圖需要考慮的一些問題1 控制圖用于何處?對于所確定的控制對象統(tǒng)計量應(yīng)能夠定量,這樣才能夠應(yīng)用計量控制圖;如果只有定性的描述而

3、不能夠定量,那就只能應(yīng)用計數(shù)控制圖。所控制的過程必須具有重復(fù)性,即具有統(tǒng)計規(guī)律。2 如何選擇控制對象?一個過程往往具有各種各樣的特性,在使用控制圖時應(yīng)選擇能夠真正代表過程的主要指標(biāo)作為控制對象。3 怎樣選擇控制圖?選擇控制圖主要考慮以下幾點:首先根據(jù)所控制質(zhì)量特性的數(shù)據(jù)性質(zhì)來進行選擇,如數(shù)據(jù)為連續(xù)值的應(yīng)選擇X-R圖,X-s圖,X-Rs圖等;數(shù)據(jù)為計件值的應(yīng)選擇p或np圖;數(shù)據(jù)為計點值的應(yīng)選擇c圖或u圖。最后,還需要考慮其他要求;如樣本抽取及測量的難易和費用高低。4 如何分析控制圖?如果在控制圖中點子未出界,同時點子的排列也是隨機的,則認為生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)或統(tǒng)計控制狀態(tài)。如果控制圖點子出界或

4、界內(nèi)點排列非隨機,就認為生產(chǎn)過程失控。注:對于應(yīng)用控制圖的方法還不夠熟悉的工作人員來說,即使在控制圖點子出界的場合,也首先應(yīng)該從下列幾個方面進行檢查:樣本的抽取是否隨機?測量有無差錯?數(shù)字的讀取是否正確?計算有無錯誤?描點有無差錯?然后再來調(diào)查過程方面的原因,經(jīng)驗證明這點十分重要。5 對于點子出界或違反其他準(zhǔn)則的處理。若點子出界或界內(nèi)點排列非隨機,應(yīng)立即查明原因并采取措施盡量防止它再次出現(xiàn)。6 控制圖的重新制定??刂茍D是根據(jù)穩(wěn)態(tài)下的條件(人員、設(shè)備、原材料、工藝方法、環(huán)境、測量,即5M1E)來制定的。如果上述條件變化,控制圖也必須重新加以制定;由于控制圖是科學(xué)管理生產(chǎn)過程的重要依據(jù),所以經(jīng)過相

5、當(dāng)時間的使用后應(yīng)重新抽取數(shù)據(jù),進行計算,加以檢驗。7 計量控制圖和計數(shù)控制圖可分為未給定標(biāo)準(zhǔn)值和給定標(biāo)準(zhǔn)值兩種情形,兩種情形不能混淆。8 控制圖的保管問題??刂茍D屬于技術(shù)資料,應(yīng)加以妥善保管,這些資料對于今后在產(chǎn)品設(shè)計和制定規(guī)范方面都是十分有用的。三、X-R控制圖(一)、X-R控制圖的特點:(1) 適用范圍廣(2) 靈敏度高(二)、X-R圖的作法:表1-為了求出估計值,需要收集預(yù)備數(shù)據(jù)如表1- 。從表1- 的數(shù)據(jù)可求得:總平均值為:極差為:Ri=Xi max-Xi min平均極差值為:于是X圖的中心線及控制限為:UCLx =X+A2RCLx =XLCLx=X - A2R式中,參見表2-表2-

6、系數(shù)A2R圖的中心線及控制限為: 式中,系數(shù)D3、D4分別為: D3=1-3d3/d2 D4=1+3d3/d2D3、D4為樣本量n有關(guān)的系數(shù),參見表3-注:1在許多控制圖中,正如X-R圖,在確定中心線及控制限時,需要抽取多個樣本,在標(biāo)準(zhǔn)中,這樣的樣本也稱為子組,因而n也稱為子組大小,而m稱為子組數(shù)。2表中的0表示LCL為負值,但R不可能為負,故LCL=0僅表示為R的自然下界,而非下控限。為了更清晰地表示這一點。可將下控制限寫成:LCL=。在X-R圖中,我們應(yīng)該先作哪一個圖?(1) 如果先作X圖,則由于這時R圖還未判穩(wěn),R的數(shù)據(jù)不可用,故不可行。(2) 如果先作R圖,則由于R圖中只有R一個數(shù)據(jù),

7、可行。等R圖判穩(wěn)后,再作X圖。故作X-R圖應(yīng)倒過來作,先作R圖,R圖判穩(wěn)后,再作X圖。若R圖未判穩(wěn),則不能開始作X圖。國標(biāo)GB/T 4091-2001也規(guī)定了在X-R圖中心須先作R圖。不但如此,注意,所有正態(tài)分布的控制圖都必須倒過來作。(三)、X-R控制圖的操作步驟步驟1:確定控制對象,或稱統(tǒng)計量。這里要注意下列各點:(1) 選擇技術(shù)上最重要的控制對象。(2) 若指標(biāo)之間有因果關(guān)系,則寧可取作為因的指標(biāo)為統(tǒng)計量。(3) 控制對象要明確,并為大家理解與同意。(4) 控制對象要能以數(shù)字來表示。(5) 控制對象要選擇容易測定并對過程容易采取措施者。步驟2:取預(yù)備數(shù)據(jù)(Preliminary data

8、)。(1) 取25個子組。(2) 子組大小取為多少?國標(biāo)推薦樣本量為4或5。(3) 合理子組原則。合理子組原則是由休哈特本人提出的,其內(nèi)容是:“組內(nèi)差異只由偶因造成,組間差異主要由異因造成”。其中,前一句的目的是保證控制圖上、下控制線的間隔距離6為最小,從而對異因能夠及時發(fā)出統(tǒng)計信號。由此我們在取樣本組,即子組時應(yīng)在短間隔內(nèi)取,以避免異因進入。根據(jù)后一句,為了便于發(fā)現(xiàn)異因,在過程不穩(wěn),變化激烈時應(yīng)多抽取樣本,而在過程平穩(wěn)時,則可少抽取樣本。如不遵守上述合理子組原則,則在最壞情況下,可使控制圖失去控制的作用。步驟3:計算Xi,Ri。 步驟4:計算X,R。步驟5:計算R圖控制線并作圖。步驟6:將預(yù)

9、備數(shù)據(jù)點繪在R圖中,并對狀態(tài)進行判斷。若穩(wěn),則進行步驟7;若不穩(wěn),則除去可查明原因后轉(zhuǎn)入步驟2重新進行判斷。 步驟7:計算X圖控制線并作圖。將預(yù)備數(shù)據(jù)點繪在X圖中,對狀態(tài)進行判斷。若穩(wěn),則進行步驟8;若不穩(wěn),則除去可查明原因后轉(zhuǎn)入步驟2重新進行判斷。步驟8:計算過程能力指數(shù)并檢驗其是否滿足技術(shù)要求。若過程能力指數(shù)滿足技術(shù)要求,則轉(zhuǎn)入步驟9。 步驟9:延長X-R控制圖的控制線,作控制用控制圖,進行日常管理。上述步1步驟8為分析用控制圖。上述步驟9為控制用控制圖。(四)、X-R控制圖示例例 1某手表廠為了提高手表的質(zhì)量,應(yīng)用排列圖分析造成手表不合格品的各種原因,發(fā)現(xiàn)“停擺”占第一位。為了解決停擺問

10、題,再次應(yīng)用排列圖分析造成停擺的原因,結(jié)果發(fā)現(xiàn)主要是由于螺栓松動引發(fā)的螺栓脫落造成的。為此廠方?jīng)Q定應(yīng)用控制圖對裝配作業(yè)中的螺栓扭矩進行過程控制。分析:螺栓扭矩是一計量特性值,故可選用基于正態(tài)分布的計量控制圖。又由于本例是大量生產(chǎn),不難取得數(shù)據(jù),故決定選用靈敏度高的X-R圖。解:我們按照下列步驟建立X-R圖:步驟1:取預(yù)備數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)合理分成25個分子組,參見表3- 。步驟2:計算各組樣本的平均數(shù)Xi。例如,第一組樣本的平均值為,其余參用表中第(7)欄:步驟3:計算各級樣本的極差R。例如第一組樣本的極差為R1=maxx1j-minx1j=174-154=20表3- 例1的數(shù)據(jù)與X-R圖計算表

11、步驟4:計算樣本總均值X與平均樣本極差R。由于Xi=4081.8, R=357,故:X=163.272,R=14.280步驟5:計算R圖的參數(shù)。先計算R圖的參數(shù)。從本節(jié)表3- 可知,當(dāng)子組大小n=5,D4=2.114,D3=0,代入R圖的公式,得到:UCLR=D4R=2.11414.280=30.188CLR =R =14.280LCLR =D3R= 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25極差控制圖0.00014.28030.1881 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25均值控制圖155032163272171512圖1- 例1的第一次X-

12、R圖參見圖1-??梢姮F(xiàn)在R圖判穩(wěn)。故接著再建立X圖。由于n=5,從表2- 知A2=0.577,再將X=163.272,R=14.280代入X圖的公式,得到X圖:UCLx=X+A2R=163.272+0.577×14.280171.512CLx=X=163.272LCLx=X-A2R=16×14.280155.032因為第13組X值為155.00小于UCLx,故過程的均值失控。經(jīng)調(diào)查其原因后,改進夾具,然后去掉第13組數(shù)據(jù),再重新計算R圖與X圖的參數(shù)。此時,代入R圖與X圖的公式,得到R圖:從表3- 可見,R圖中第17組R=30出界。于是,舍去該組數(shù)據(jù),重新計算如下:R圖:從表

13、3- 可見,R圖可判穩(wěn)。于是計算X圖如下:X圖:將其余23組樣本的極差與均值分別打點于R圖與X圖上,見圖2- 此時過程的變異與均值均處于穩(wěn)態(tài)。步驟6:與規(guī)范進行比較。對于給定的質(zhì)量規(guī)范TL=140,TU=180,利用R和X計算CP。1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23極差控制圖0.00013.43528.4021 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23均值控制圖155918163670171422圖2- 例1的第二次X-R圖由于X=163.670與容差中心M=160不重合,所以需要計算Cpk??梢姡y(tǒng)計過程狀態(tài)下的Cp為1.16>1,但是由于與M

14、偏離,所以Cpk<1。因此,應(yīng)根據(jù)對手表螺栓扭矩的質(zhì)量要求,確定當(dāng)前的統(tǒng)計過程狀態(tài)是否滿足設(shè)計的、工藝的和顧客的要求,決定是否以及何時對過程進行調(diào)整。若需調(diào)整,那么調(diào)整數(shù)應(yīng)重新收集數(shù)據(jù),繪制X-R圖。步驟7:延長統(tǒng)計過程狀態(tài)下的X-R圖的控制限,進入控制用控制圖階段,實現(xiàn)對過程的日??刂啤K?、X-s圖例2為充分利用子組信息,對例1選用X-s圖。解:步驟如下:步驟1:依據(jù)合理分組原則,取得25組預(yù)備數(shù)據(jù),參見表4- 。表4- 手表的螺栓扭矩步驟2:計算各子組的平均值Xi和標(biāo)準(zhǔn)差Si。各子組的平均值見表4- (與表3-相同),而標(biāo)準(zhǔn)差需要利用有關(guān)公式計算,例如,第一子組的標(biāo)準(zhǔn)差為:其余參見表

15、4- 中的標(biāo)準(zhǔn)差欄。步驟3:計算所有觀測值的總平均值X和平均標(biāo)準(zhǔn)差s。得到X=163.256 s=5.644步驟4:計算s圖的控制限,繪制控制圖。先計算s圖的控制限。當(dāng)子組大小n=5時,B4=2.089,B3=0,代入s圖公式,得到:圖3- 表3-中25個子組的標(biāo)準(zhǔn)差控制圖1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25標(biāo)準(zhǔn)差控制圖0.000564411790相應(yīng)的s控制圖見圖3- ??梢?,s圖在第17點超出了上控制限,應(yīng)查找異常的原因,采取措施加以糾正。為了簡單起見,我們將第17子組剔除掉。利用剩下的24個子組來重新計算X-s控制圖的控制限。得到X=163.292,s=5.

16、370B4=2.089,B3=0,代入s圖的控制限公式,得到:UCLs=B4s=2.089×5.370=11.218CLs=s=5.370LCLs=B3s=參見圖4- 的標(biāo)準(zhǔn)差控制圖。可見,標(biāo)準(zhǔn)差s控制圖不存在變差可查明原因的八種模式,那么,可以利用s來建立X圖。由于子組大小n=5,A3=1.427,將X=163.292,s=5.370代入X圖的控制限公式,得到:UCLx=X+A3s=163.292+1.427×5.370170.955CLx=X=163.292LCLx=X-A3×5.370155.629相應(yīng)的均值控制圖見圖4- 。1 3 5 7 9 11 13

17、15 17 19 21 23標(biāo)準(zhǔn)差控制圖0.0005370112181 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23均值控制圖155629163292170955圖4- 剔除第17子組后得到的X-s控制圖由圖4- 的均值控制圖可知,第13組X值為155.00小于LCLx,故過程的均值失控。調(diào)查其原因發(fā)現(xiàn)是夾具松動造成的,已經(jīng)很快進行了糾正,在采集第14個子組的數(shù)據(jù)時,該問題已獲解決。故可以去掉第13子組的數(shù)據(jù),重新計算S圖與X圖的參數(shù)。此時,X=163.617,s=5.265代入與s圖的控制限公式,得到:s圖:UCLs=B4s=2.089×5.265=10.999CLs=

18、s=5.265LCLs=B3s=參見圖5- 的標(biāo)準(zhǔn)差控制圖??梢?,標(biāo)準(zhǔn)差s控制圖不存在變差可查明原因的八種模式,那么,可以利用s來建立X圖。由于子組大小n=5,從表4- 可知,A3=1.427,將X=163.617,s=5.265代入X圖的控制限公式,得到:UCLx=X+A3s=163.617+1.427×5.265171.131CLx=X=163.617LCLx=X-A3×5.265156.104參見圖5- 的均值控制圖。1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23標(biāo)準(zhǔn)差控制圖0.0005265109991 3 5 7 9 11 13 15 17 19 2

19、1 23均值控制圖156104163617171131圖5- 再去掉第13個子組后得到的X-s控制圖由圖5- 的均值控制圖可知,沒有出現(xiàn)變差可查明原因的八種模式。即標(biāo)準(zhǔn)差控制圖和均值控制圖都沒有出現(xiàn)可查明原因的八種模式,說明裝配作業(yè)中螺栓扭矩的生產(chǎn)過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。步驟5:與容差限比較,計算過程能力指數(shù)。已知手表螺栓扭矩的容差限為:TL=140,Tu=180。利用得到的統(tǒng)計控制狀態(tài)下的X=163.617,s=5.265來計算過程能力指數(shù):由于X=163.617與容差中心M=(Tu-TL)/2=160不重合,所以,有必要計算有偏移的過程能力指數(shù),可見,統(tǒng)計控制狀態(tài)下的過程能力指數(shù)為1.19,

20、大于1,但是,由于存在分布中心與容差中心的偏移,故有偏移的過程能力指數(shù)不足1。因此,應(yīng)該根據(jù)對手表螺栓扭矩的質(zhì)量要求,確定當(dāng)前的統(tǒng)計控制狀態(tài)是否滿足設(shè)計的、工藝的、顧客的要求,決定是否以及何時對過程進行調(diào)整。若需進行調(diào)整,那么調(diào)整后,應(yīng)重新收集數(shù)據(jù),繪制X-s控制圖。由于X-R控制圖以平均極差點R為的估計值,X-s控制圖以平均子組標(biāo)準(zhǔn)差s為的估計值,所以,運用X-R控制圖與運用X-s控制圖分析同一個問題,得到的過程能力指數(shù)一般略有不同。因為子組極差R只利用了子組中的最大值和最小值的信息,而子組標(biāo)準(zhǔn)差s充分利用了子組中所有的信息,所以,當(dāng)X-R控制圖與X-s控制圖的分析結(jié)果不同時,盡管R圖計算上

21、比s圖簡單,但仍建議以X-s控制圖的結(jié)果為準(zhǔn)。五、X-Rs圖例3表5- 給出了連續(xù)10批脫脂奶粉的樣本“水分含量百分比”的實驗室分析結(jié)果。將一個樣本的奶粉作為一批的代表,在實驗室對其成分特性進行分析測試,如脂肪、水分、酸度、溶解指數(shù)、沉積物、細菌、以及乳清蛋白。希望將該過程的產(chǎn)品水分含量控制在4%以下。由于發(fā)現(xiàn)單批內(nèi)的抽樣變差可以忽略,因此決定對每批只抽取一個觀測值,并以連續(xù)各批的移動極差作為設(shè)置控制限的基礎(chǔ)。表5- 連續(xù)10批脫脂奶粉樣本的水分含量百分比X=3.45%R=0.38%移動極差(R)控制圖:CL=R=0.38UCL=D4R=3.367×0.38=1.24LCL=D3R=

22、0×0.38(因為n小于7,故不標(biāo)出LCL)系數(shù)D3和D4的值由表5- 中按n=2行查得,由于該移動極差圖已呈現(xiàn)出統(tǒng)計控制狀態(tài),于是可進行單值控制圖的繪制。單值X控制圖:CL = X =3.45UCL = X+E2R=3.45+(2.66×0.38)=4.46LCL = X-E2R=3.45-(2.66×0.38)=2.44系數(shù)E2的值由表5- 中n=2時的A3給出。控制圖繪制于圖6- 中。該控制圖表明過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。水分含量百分比X5454353252UCL=4.46X=3.45LCL=2.44移動極差R0UCL=1.24LCL=0.38批號1 2 3 4

23、 5 6 7 8 9 10圖6- 表5- 數(shù)據(jù)的單值X控制圖六、Me-R圖例4 某機器生產(chǎn)電子盤片。規(guī)定的厚度為0.0070.016cm。每隔半小時抽取樣本量為5的樣本(子組),記錄其中心厚度(cm),如表6- 所示。擬建立一個中位數(shù)圖以達到控制質(zhì)量的目的。中位數(shù)值和極差值也一并在表6- 中給出。表6- 云母片厚度的控制數(shù)據(jù) 單位0.001cm子組的中位數(shù)平均值和極差平均值計算如下:極差圖計算如下:R圖:CL = R =5.73UCL = D4R=2.114×5.73=12.11LCL = D3R=0×5.73(由于n小于7;故不標(biāo)出LCL)系數(shù)D3和D4的值可從計量控制圖

24、系數(shù)表中查得n=5。由于該極差圖已呈現(xiàn)出統(tǒng)計控制狀態(tài),于是能按此求出中位數(shù)控制圖的控制了限。中位數(shù)控制圖:CL = Me =11.47UCL = Me+A4R=11.47+(0.69×5.73)=15.42LCL = Me-A4R=11.47-(0.69×5.73)=7.52系數(shù)A4=m3A2,其值由計量控制圖系數(shù)表中查得n=5,中位數(shù)圖如圖7- 所示,從圖中顯然可見,該過程呈現(xiàn)了統(tǒng)計控制狀態(tài)。1715131197UCL=15.42Me=11.47LCL=7.52中位數(shù)Me極差R1412108642子組號1 3 5 7 9 11 13 15UCL=12.11R=5.73 圖

25、7- 表6- 數(shù)據(jù)的e圖與R圖七、p圖(一) p控制圖的統(tǒng)計控制狀態(tài)是指過程的不合格品率為一常數(shù)p,且各個產(chǎn)品的生產(chǎn)是獨立的。p圖的統(tǒng)計基礎(chǔ)是二項分布。若過程的參數(shù)P未知,則需對其估計由第一章知(公式一)式中m是子組數(shù),ni是第I個子組的大小,di為第I個樣本的不合格數(shù),P為P的估計值,P為樣本不合格品率的平均值。于是P控制圖的控制線為:(公式二)(二) 關(guān)于ni的兩點說明(1) 公式一中,若每個子組大小ni都相等,將其記為n,若P0(給定標(biāo)準(zhǔn)值)或p(未給定標(biāo)準(zhǔn)值)很小,則要選樣本量充分大,使得每個子組平均有一個不合格品,通常?。ü饺?) 公式一中,若ni不全相等,則p控制圖的LCLp

26、和UCLp是凹凸?fàn)?,對此GB/T4091-2001給出兩種解決方法。方法 1 如果ni變化不大,則采用單一的等于平均子組大小的一組控制線。實際上,當(dāng)ni變化在其目標(biāo)值20%以內(nèi),可采用該方法。方法 2 當(dāng)ni變化較大時,可采用標(biāo)準(zhǔn)化變量的方法。例如不點繪p值,而改為點繪標(biāo)準(zhǔn)化Zi值,當(dāng)給定標(biāo)準(zhǔn)值p0時:(公式四)而當(dāng)未給定標(biāo)準(zhǔn)時: (公式五)這樣,中心線和控制線與ni無關(guān),即: UCL =3CL =0LCL =-3 (公式六)后一種方法與國內(nèi)所用的通用控制圖在指導(dǎo)思想和結(jié)果的表達形式上是一致的。例5在一個生產(chǎn)收音機晶體管的制造公司,決定建立不合格品率p圖。已經(jīng)收集和分析了1個月的數(shù)據(jù)。每天生產(chǎn)

27、結(jié)束后,在當(dāng)天的產(chǎn)品中隨機抽取一個樣本,并檢驗其不合格數(shù)。數(shù)據(jù)如表7- 所示。表7- 收音機晶體管的p圖(初始數(shù)據(jù))表7- 給出了每個子組的不合格品率。月平均不合格率計算如下:由于子組大小各不相同,故對每個子組根據(jù)下式分別計算其UCL和LCL:式中:ni為子組大小。表7- 也給出了這些數(shù)值??梢钥闯觯瑸槊總€子組標(biāo)繪其UCL和LCL是相當(dāng)耗時的工作。但是,從表7- 中能觀察到,子組號17和26的不合格品率已超出了相應(yīng)的上控制限。應(yīng)當(dāng)將這兩個子組從數(shù)據(jù)據(jù)中剔除,并及時查找導(dǎo)致這兩組數(shù)據(jù)值偏大的原因,以便采取糾正措施防止其再次發(fā)生。此后根據(jù)保留下來的24個子組計算出修正后的平均不合格品率:利用修正后的P值,計算每個子組的修正后的UCL和LCL值,于是可以發(fā)現(xiàn),所有的不合格品率都位于其相應(yīng)的控制限以內(nèi)。因此

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