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【河海大学】美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析专业: 技术经济及管理 学生姓名: 马晶晶 指导教师: 马俊 完成时间: 2019 年 4 月 13 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页美国制造业木屑颗粒生产的技术经济分析无数的美国公司正在进入木屑颗粒市场,原因归咎于木材量对能源的重要性。与美国产量两百个百分点的增长相比较,想要从调查机构获得值得信赖的并与生产成本,生产需求,木屑颗粒的市场趋势相关的信息是十分困难的。以综合调查为基准,为美国制造业生产成本决议做的技术经济模型已被建立起来,充分考虑了那些严重影响颗粒产量的技术和财政因素。一个案例研究的结果表明,颗粒生产有利于美国的制造商和分销商/ 零售商以及多零售商的利润。灵敏度分析表现,一个木屑厂对物质和劳动力成本的变化是特别敏感的。此外,改变能源和资本支出也会影响工程的NPV与 IRR,但与物料和劳动力成本比较起来并不是那么明显。更多的研究结果表明增加工厂大小特别是增加资本支出,劳动力最小增长成本因素;此外,由于增加的经营成本,小型生产商必须密切监测生产因素。关键词:木屑颗粒;生产成本;颗粒制造商;木柴产业背景说明木屑颗粒已经成为一个成功的国际交易量,其市场规模预计从2007 到 2010 已经翻倍。赫斯和雅各布森(2009)指出,从 2002 至 2006 年木材颗粒内部需求在美国翻了一番。此外,2012 年的生产预测被设定在6 轧机离子每吨(含水率10% );然而到 2009 年度,市场容量增加的速度预测大约为生产6200000公吨/年(锌和托特 2009;玛尼 2006)。钮等人( 2006)表示,物料是与其他资源竞争的一个关键因素,从某种意义上来讲,木质颗粒增强了单位体积的木材的承受压力值,降低水分含量,并且具备更强劲更完全更高效的热值,并具有低灰和颗粒物排放量,优化了长途运输,从住宅供暖大型混烧燃煤电厂等方面便利了一些小规模应用(沃哈德等,2004。洪欣赫尔等; 2008 年粗锌和托特2009 年)。此外,丸粒可以很容易地从木材废料中,薄片森林中,以及其他一些生物质原料和木材生产中获得。(PFI 2009 年,2008 年伯格曼和泽布)。美国的木屑颗粒的木材生产及供应的特征,是采取一种叫做“每包”的销售策略,而不是常见的欧盟地区批量交付。在美国西部,大部分颗粒是由软木木屑,锯木厂残留物中制得,而在高山地区使用的则是由松甲虫杀死的黑松树木。在南部和中西部地区,工厂使用的是来源于木地板和家具业务中得来的废精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页弃物料。而在东方,工厂正在使用的硬木木材,是极其不适合的。美国南部大幅提高它的生产能力,特别是最近新开了一些大型工厂和一个可靠的南方松木供应基地。基于各种各样的物料可以用于制造业,木材粒料作为替代燃料是非常具有吸引力的,然而,美国的木屑颗粒市场与比较成熟的加拿大和欧洲市场比较起来仍不能满足需求和内部利用。这些地区的应用已能满足工业以及能源生产行业。到2006 年,60 万的美国家庭使用木屑颗粒供暖,2007 年将增加至80 万(生物质能资源中心2008 年),并预测将有1,000,000 住宅/ 商业区使用2010(PFI 2010 ),但是数据在工业和商业应用及未来发展方面预测仍然是不足的。在美国,大约有90 家工厂在生产木屑颗粒,将来还会有更多加入到这个行业中来。从 2006 年到 2010 年预测会有 33的增长,尽管这种增加难以从研究中获得可靠的来源,但社会各界对木屑颗粒的生产成本,产量需求,及市场的发展趋势作的一些研究方法是通过比较,模型和计算欧洲和加拿大木屑颗粒的生产成本。但美国的木质颗粒市场,产量需求和财政特点,物流障碍(市场的定价习惯,交通运输,仓储和运营成本,2008 年斯万和梅林),和有竞争力的木屑颗粒价格(生物质的具体参数交付成本,设备,能源消耗TION ,劳动力成本(欧贝格等 2004)这些方面的信息仍然是迫切需要的。目标这个工程的主要目标是开发和验证技术经济模型,估算木屑颗粒的生产成本,同时执行在美国国内木屑颗粒生产对金融和敏感性分析。方法木屑颗粒生产的技术经济模型由微软研发(Excel 2007)? 。详细信息参照下文总模型木屑颗粒生产成本的技术经济发展模型的第一步是定义木屑颗粒生产的各个进程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页图 1. 木屑颗粒制造的标准过程图 1 中的生产过程是典型的木屑制造的进程。如研磨或干燥这样的步骤取决于原料的特性,如果原料是已被干燥/ 或是适当的粒径大小,那么这些步骤并不需要。它假定,物料的收集,贮存和运输是在模型的边界之外不被考虑(即它们可以被另一个公司,或其他部门的同一家公司执行),物料成本被提供到了厂门口。模型是北卡罗莱纳州立大学建立起来的用以处理物料的交付成本(工赞茨等人, 2010),根据牵引距离和的类型,用于要接收的原材料成本(在这种情况下,利用去皮原木,火炬松,运送的平均距离为50 公里)进到工厂时,总额为 63 美元/ 公吨(可能包括其他生物质类型的估算在内的木屑颗粒模型,一旦交付的物料成本已被计算出,冈萨雷斯等人,2010)。生产木屑颗粒的存储和交付后也被认为是该模型的边界之外。为了促进技术经济模型的发展中,确定了三个主要的领域有:图 2 美国木屑颗粒生产的概念模型模型考虑的第一区域(图2)是一个详细的质量平衡,容易理解和计算的物料的生产速度,进入和离开每个单元的操作,损失,容量和设备机械效率。消耗精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页能量(图2 中的中心部分)用以显示木屑颗粒的能量需求,根据设备的原材料和能源的消耗。最后的部分是一个全面的财务分析,考虑了公司和设备成本和,劳动力成本和结构,折旧,操作,并给出了一个给定年份的财务信息和维护成本以及损益表。此外,该模型的主要输入定义为:年产(公吨),年工作时间(考虑到每天的班次),工厂位置,和使用的物料的类型,所交付的水分含量,和颗粒质量标准。当这些在在模型中输入时,质量,能量平衡和财务电子表格会自动更新。质量平衡以单元操作为基础的质量平衡部分为颗粒生产过程定义出来,每当任何输入进入到模型中时,或者任何的处理成为可选时,例如前面讨论过的干燥或研磨,系统就会自动更新。每个进程中的质量损失都被考虑进去,并且它们可以是由用户定义的,但是,它对颗粒工厂重新循环任何粉碎有缺陷的颗粒,颗粒减少操作这些方面来说是典型的,因此系统的质量损失便会减少。整个过程中原料的水分含量会改变,在干燥中下降至6 1,在定型中增加至10 1,在颗粒研磨,筛选,和冷却过程下降至最终水分含量为7 1。机械的效率默认值设定为 100,除筛选操作以外,其中10没转换的木屑颗粒物料将重新循环。机械效率可以由用户修改,自动更新质量损失。在定型环节中蒸气添加是必要的,用以软化纤维,这个蒸汽由一个800 千瓦锅炉提供,在工厂中热量回复不考虑在内。能源消费每个单元操作能量消耗的数据,由通过集成几个颗粒制造业进行文学验证得到。干燥,研磨,以及杂项单元(如包装和装袋)的数据来源于第加科和它格里;考虑了颗粒制造和冷却从制造商规格得到;屏幕操作数据从Mani 中得到。图 3 总结了合并的每个单元操作的能源消耗的总能量消耗()精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页图 3. 工厂中每步操作的能源消耗能源汇总电子表格显示了每年的能源消耗总量,以及根据电力设施的电消费,包括从天然气锅炉得到的蒸汽成本和目前的工业应用的电力成本(能源信息管理局 EIA 2009),这些都根据每年须生产量得出。在该模型中,不包括木材废料锅炉,这样除了有潜力的设施,如果能源成本大幅度提高,那么可用性供应可以确保一个长期的根基上。财务分析设施和机械人均开支是该模型的核心要素。因为在假定一个剥皮过程不是必需时接收的原料为已剥皮的原木。工业设备的价格直接从从制造商和分销商(干燥机,削片机,粉碎机,制粒机,冷却器,筛选/ 摇床,和装袋系统)那里得到,同时外围设备和杂项设备,如馈线,输送机和前端装载机,从最近的文献和调整至 2009 年使用的的土建工程施工成本指标体(CWCCIS)转换指数的建筑和办公室也是如此。从山姆森那里得到的设备价格是基于一个每小时生产公吨数的速率得到的。因为不同规模的资本投资会造成设备的不同容量,我们需要从原始的设备代销进行计算,并在模型中自动更新。佩里的工程手册处于此目的介绍了力法则。这条法则是,投资代表了根据工厂规模要求确定的资本投资,代表着原始设备的资本投资。代表着设备上所需容量,以及原始设备所代表的容量,并且计算出的结果代表着每台设备所需成本。这种方法提供了一种计算更大容量设备的资本投资,此以原始机器的资本成本和尺寸为基准。在方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页程式中使用了一个0.7 的因数,以安德森等人的数据为基础。因为一些进程设备采纳了一些平行单元而代替了单独的大单元。当需要一些更大的尺寸时一些模型采用的是资本支出部分采用这种方式去计算机器容量。以伍德沃斯等人的数据显示,间接成本和应急费用分别占设施和机械计算出的总费用的百分之二十四和百分之十。储存空间也被纳入进来,代表着总工厂建筑空间的百分之七点六。工厂和设备折旧是使用MACRS-7 方法计算出来的,如果资本支出的任何值发生改变,系统便会自动更新。劳动力的需求模型(结构,数量的变化,工资,福利,条纹)从坎贝尔的数据劳动局统计资料( 2009 年)那里得到并进行定义(2007)。工厂的劳动力结构会以工厂容量为基础而自动增加,原因是因为操作工的数量由工厂产率为基础。例如模式利用3 个生产工人每班容量在以4 吨/小时, 1 监以下,叉车操作员和维护人员。为了能力高于4 吨/小时,该模型增加在每个班次各个类别中增加了不知一个工人,目的就是为了有每4 万吨/小时生产增量。行政人员不依赖于生产速率,因此,它的编号的变化使用另外一个控制器和会计助理其能力高于 100.000公吨/年。此信息用以概括为每年的总直接成本,间接的劳动成本。木屑生产设施的消耗成本是一个需要考虑的重要的因素,而这些被假定为与生产直接联系(假定为办公和管理劳动无消耗)。它假定美国市场的木屑颗粒总量大部分出售给零售商和分销商的以40 磅袋装的模型,这可能会花费$ 0.12 至$ 0.25/每袋,它设想一个耐用的塑料袋(0.0035? 0.005 密耳)彩色印刷将花费$ 0.2美元(坎贝尔, 2007 年),每公吨产品需要五十袋。此外,产品的托盘容纳 50 袋(1 公吨)的颗粒,每一个欧盟批准40x48 的成本, 2 路输入托盘(托盘,叉车,托盘搬运车从两端可以进入)为14.35 美元(远东食品包装公司2009 年)。该模型考虑了这些托盘一旦发配给零售商和分销商那么将是是一次性使用的。如果托盘可以重复使用那么成本将会得到进一步的改进。其他的支撑和固定在托盘上的包装袋也是必需的。滑片和拉伸包装是必需的,它的成本估计为4.00 美元每公吨( $ 4.00 每托盘)。其他成本包括部件和替换件(模具,轧辊球团厂,备件锤磨机)($ 3.00/公吨),市场推广及销售费用,和奖励(假设为 $ 6.00/公吨的),占市场营销和销售成本促销,折扣,回扣,打破费用,安置费用,以及其他形式的补偿和奖励2007年(坎贝尔)。最后一个电子表格中包含用以选择的用以进行造粒生物质的类型的定价。此信息是以冈萨精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页雷斯等人提供的一个模型为基础。(2010 年),把送物料到工厂大门的费用计算在内(交付成本)(去皮原木)。一个收益表的电子表格简要报告以每一个木屑颗粒的生产所需的费用为基准显示了公司当前和未来几年财务资料的预测。收入报表包括一个附加的计算木屑颗粒价格为所需的内部收益率(预先设定的6的内部回收率,8, 10,12和 14,假设没有通货膨胀率)。结果与讨论为了分析输出结果,其结果可以从技术经济的模型得到,案例研究在下文中得到描述。由于美国国内市场木屑颗粒工厂生产量大部分是在30 至 10 万公吨 / 年的范围内,描述的案例研究认为,一个木屑颗粒厂生产75,000 公吨/ 年公制吨 /年(71水分含量的最终产品,以达到优质高档产品,根据颗粒燃料协会标准,PFI)的颗粒。假设工厂操作50 周/ 年, 7 天/ 周,三班8-小时/ 天,共计8400 个生产小时, 112 小时/ 年考虑用于维护和意外停机。假定木屑从从南方松(55MC )中生产制得。剥皮假定不被需要在工厂中进行。原料的干燥和粉碎假定是需要的,木屑颗粒以40 磅袋的规格被出售给零售商。案例研究结果质量平衡计算结果表明,木屑颗粒以8.93 吨/ 小时的生产速度来满足75,000 公吨 / 年的速 度( 75,000 公 吨 /8400小时 =8.93公吨 / 小时) , 能量消 耗 为4,932.15 (41,430,066.24千瓦/ 年)千瓦时(表1)。每年的电力消耗,降低成本(美国平均位置)容量,数量的机器,建筑规模,资本和安装成本(资本支出)在假设两条线运行在设施中的情况下分别被模型计算了出来。表2 显示了资本支出计算法适用于案例研究的情况,并在几家木屑颗粒公司生产进行了验证。表一:电子消耗成本精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页表 2 每年 75000 公吨产量的工厂的资本支出此外,该模型包括一个附加的24资本支出间接成本,10的应急和7.6 总造价用以短期存储的仓库的成本支出(伍等人,1996),使工厂的总安装成本为 12249000美元)。此短期存储被认为对出口处的装袋过程必要的,为进一步码垛和包装袋,此为要加载到卡车中做提前准备,此实例中,仓库区域被认为是一个开放的壁设施, 没有温度 / 气体传感设备,或强制通风系统的要求,可能需要用来做长期储存,或散装交付粒料。一个 75.000 公吨/ 年的装置劳动力直接和间接资源需要大概每天3 班制的工人三十人,总劳动成本约为3762150 美元( 3235650 美元直接人工,间接劳动526500 美元)。在方法部分介绍的消耗成本,通过生产率计算得到,总计达每年 2321600美元。额外费用(如方法中描述的那样)总计达占每年500250美元每年这些经营成本总结于表3 表 3 一个每年 75000 公吨产量的工厂的操作成本案例研究分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页分割的生产成本对了解他们在木屑颗粒总生产成本中的影响是很有用处的(图4)最重要的驱动成本由生物量为代表(27% ),紧随其后的是劳动力成本(24)。能源和消耗品占17和 15。折旧占每公吨非现金成本的11,税款和其他(市场费用,激励和维护成本等)表示的是最小的颗粒中的生产成本,各为 3。图 4. 每公吨木屑产量的成本份额该模型表明,一个总生产成本为$ 203.7/ 公吨的生产,这是在收益表中根据通过假定没有通货膨胀,折旧得到的,并依据MACRS-7 ,用从 2009 年至 2011 年间的 20,40,和 40的资本支出时间表。此外,在收益表中添加的附加功能,可以备份计算每公吨颗粒的价格,实现一个具体的预期内部率的回报率(IRR),并使折现率设定在12默认值。图5 显示了工厂的净现值( NPV )和颗粒的销售价格,当模型调整为调整为6,8,10,12,14I RR 使用此附加功能得到的一些数据。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页图 5. 案例研究根据不同的IRR得到的木屑价格和NPV一个额外的运输成本被考虑进该价格内,假设颗粒已经被加载,拖拉,从工厂到零售商 / 分布商卸载下来,并且货车装载20 公吨/ 车(罗得 1999 年),以及行驶的平均距离为50 英里。假定报告的运输成本类似于贝彻和泰纳的报告(2008 年),有固定的每吨15 美元/ 公吨的价格,和一个变化的0.12 美元/M 的部分,此案例中给出了 $ 15.3/ 公吨的总价格。这加入到颗粒价格中的元素决定了 14的 IRR(229 美元/ 公吨),总额为244.3/ 美元公吨被运送至零售商/ 分销商大门口。当将此价格与 276 美元 / 公吨的美国国内市场平均零售价相比,零售商仍以通过以下方式获得收入约为31.7 美元/ 公吨的利润率。以美国工厂位于70000公吨/年的总量为基础,此类似于案例中假设的75000 公吨/ 年的总量,这显示了美国国内木屑颗粒工业对制造商和分布商、零售商的生产都是有利可图的。案例分析灵敏度通过修改模型最关键的变量,在模型中进行了敏感性分析。通过设定一个固定的销售价,我们同时观察NPV和 IRR 的变化。这个固定的销售价通过固定IRR为 14% 来得到,同时确保有利润的和正的NPV 。物料成本,劳动力成本,能源成本,和 CAPEX成本上下25% 的浮动在此固定售价基础上进行了研究,并且在下面进行了描述。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页物料成本灵敏度当物料成本上涨25% 时,工程会不良影响IRR,并将得到一个为 -1.68百万美元的 NPV 。物料成本下降25%,那么 NPV和 IRR 便会得到很高的增长,此显示了木屑颗粒生产对原材料成本改变的敏感性。为了抵消增长的物料成本的影响,木屑工厂也许会与那些与木材市场较接近的供应商进行长期的谈判。此外,原材料的可利用性和可运载性也必须被充分考虑因为这是影响炉料成本很重要的一方面。它是会使成本更可能波动并提高灵敏度的一种因素。图 6. 物料成本变化导致的NPV和 IRR 的灵敏度劳动力成本灵敏度劳动力成本是工程第二个重要的敏感性系数。它的改变会造成工程的NPV从5.8 百万美元到 -1.9 百万美元的波动。工程的IRR 也表现出 19% 到 10% 的 变化范围。考虑到木屑颗粒工厂只需少数人进行操作,而且之前我们也展示过,劳动力成本在木屑生产生产成本上有极大的影响,拥有足够的人数来保证充分的尺寸,计划和检测就变得十分重要。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 16 页图 7. 木屑颗粒生产在劳动力成本变化方面的敏感性资本支出灵敏度资本支出代表着第三重要的敏感成本因素当与物料和劳动力陈本比较起来,当资本支出减少时,工程的NPV会显著增加,基本会达到原始NPV的三倍大。除此之外, IRR 对资本支出的增长更敏感,同时资本支出的增长仅仅会减少2%的 IRR. 图 8. 资本支出变化导致的木屑生产灵敏度能源成本灵敏度能源成本改变并不像物料和劳动力成本影响工程来的多。然而,25% 的能源增长仍然可以产生一个低的NPV ,然而 IRR 在实际能源成本和增长成本间并不是能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 16 页产生明显影响的。有一个特别的案例,在此案例中增长的能源成本会严重影响工厂的 NPV.从某种意义上来讲,能源成本增长的敏感性可以被自发性的能源所抵消,既被工厂利用,也可出售给电网。除此之外,能源敏感性在这样的案例里可以减少,这些案例中干燥和其他操作环节也不被需要,但是同时我们也必须考虑到干燥原材料成本将更加高昂。图 9. 能源成本导致的灵敏度附加说明由于美国工厂在大小上显著增长,许多工厂都是建立在每年75000 公吨的产量基础上的,对大型和中等内部市场的成本比较就是有必要的。表4 显示了详细的木屑生产的成本在两家不同大小的公司中的情况。(每年75000 公吨的产量 VS每年 125000公吨的产量)表 4. 成本对比每年 75000VS125000万吨的产量公司精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页公司大小在 75000 公吨每年到 125000 每年的变化综合代表一个总体的36%的成本增长。这种在成本上的改变主要归咎于资本支出的和能源上的改变,并且需与工厂的需求所匹配。然而,当直接的比较不同大小公司的资本支出时,我们应该考虑如此做法。因为模型利用了力法则以规模化资本支出,它所代表的资本投资只是一个近似值。劳动力成本是这次比较中最小的影响因素,因为间接地劳动并没有因工厂容量而改变,并且间接地劳动力并不是值得考虑的增长当我们增长工厂大小时。除此以外,一个每年生产125000公吨的工厂拥有一个低于一个每年75000 公吨产量的工厂17% 的出售价。这种在价格上的区别允许一个更大的公司可以拥有一个更加广泛的收入利润率,并且可以通过采用比更小竞争者低价的方式来抢占市场销售额。但是往往大型公司更需要广泛的木材来源,这使得他们很难依靠单一的木源或者废木材提供厂家。因此,对小规模的制造商来说,不得不密切控制成本和生产条件,以保持自身能在价格为唯一标准的基础上与大规模公司进行竞争,除此之外供应商必须是大公司这样才能保证自身能进行长期竞争。作为最后结论,模型和案例研究在几家南美的木屑颗粒制造商的协助下得到了验证,这几家公司的生产率高于每年75000 公吨,并且浏览了模型和案例研究,考虑了他们自身的生产条件以及所有涉及的细节和变量,验证了从模型中得到的结论是正确的,因为他们采用了类似的价格和成本,并且通过市场条件进行了及时更新。结论此实验主要目的在于通过技术经济模型的发展变化来评估其在美国国内木屑颗粒市场的可行性。工程主要结论如下;1. 以前的研究来源于生产者的信息表明,木屑颗粒生产的重要变量是:物料类型(品种,水分内容和交付物料的形式),厂房及设备的价格,能源成本,劳动力结构。2. 美国国内木屑生产生产对生产商分销商/ 零售商来说是有利可图的,销售价格高于$ 241.3/ 公吨,并考虑到实际价格走势和运输成本。该粒料的公司被证明是对零售商 / 分销商更加盈利的(31.7/ 公吨 VS$ 25.3/ 公吨生产商的收入利润率)。不过,小规模生产者应密切的监控具体的生产成本有效地竞争。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页3. 敏感性分析显示了物料和劳动力成本是最重要的成本驱动者。在这种意义上来讲,木屑生产对物料成本是尤其敏感的。因此,长期的与接近木屑厂家的供应商进行协商是有必要的并且有可能减少原材料成本。4. 除此之外,劳动力也代表着非常敏感的成本,它需要精确地度量以减少它在NPV方面负的影响。5. 能源成本代表着一种重要的价格减少因素如果干燥不被考虑在操作之中的话,因为它占据了70% 的能量总消耗。然而,使用已经干燥的原材料的影响必须被事前详细评估。此外,工厂热电联产的能源战略,也许能积极减少这个因素在整个工程生产成本中的敏感性。6. 资本支出是第三敏感的成本因素。一个资本支出减少策略可以实现更好的机械效益,更高的单元的能力,或减少的单元操作,如干燥,研磨,但进一步的分析必须考虑原材料成本的增加,因为像干燥这样的操作活动,必须被供应商所执行,这在一定程度上增长了物料的成本。参考文献安德松,哈维,美国,贝尔特森(2006)。“高效节能升级生物燃料与纸浆厂”伯格曼, R . 和泽布 . 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