培訓(xùn)設(shè)備在國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練地面階段的應(yīng)用需求研究

摘" 要：在國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練中應(yīng)用具有針對(duì)性的地面培訓(xùn)設(shè)備極大豐富拓展培訓(xùn)內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)方式，當(dāng)前用于國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練的地面培訓(xùn)設(shè)備種類(lèi)較少，因此開(kāi)展地面培訓(xùn)設(shè)備需求研究非常必要。在飛行訓(xùn)練設(shè)計(jì)ADDIE （Analysis， Design， Development， Implementation， Evaluation）模型的分析階段對(duì)各飛行場(chǎng)景任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)要素分析，根據(jù)知識(shí)、技能和態(tài)度意識(shí)要素占比確定各飛行場(chǎng)景任務(wù)訓(xùn)練等級(jí)，以此提出每個(gè)訓(xùn)練等級(jí)對(duì)應(yīng)的培訓(xùn)設(shè)備要求。然后，根據(jù)各訓(xùn)練等級(jí)對(duì)培訓(xùn)設(shè)備的要求和培訓(xùn)實(shí)施方式，結(jié)合各類(lèi)地面培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用特性，設(shè)計(jì)出地面培訓(xùn)設(shè)備類(lèi)型的選擇方法。該方法提出以飛行訓(xùn)練地面階段培訓(xùn)需求為導(dǎo)向的地面培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用需求，為地面培訓(xùn)設(shè)備的研制提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：培訓(xùn)設(shè)備；飛行訓(xùn)練；地面階段；應(yīng)用需求；選擇方法

中圖分類(lèi)號(hào)：V19" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）28-00８0-0５

Abstract： Using appropriate ground training equipment in the flight training for the domestic civil aircraft effectively improves the training quality of the full training lifecycle. At present， there are few types of devices used for the domestic civil aircraft ground school training. It is extremely necessary to work on requirement analysis on the training-oriented ground school devices. At the analysis stage of ADDIE （Analysis， Design， Development， Implementation， Evaluation） model for flight training course development， we used the five training levels tasks， which based on the analysis the proportion of knowledge elements. Then， we put forward the training equipment demands for each level. We devised a method on ground school training device selection， which came out of the training levels， elements and implementation mode. The method is based on the requirement of ground school training. The results lay the foundation of the development of training equipment.

Keywords： training equipment; flight training; ground stage; application requirements; selection method

飛行訓(xùn)練是獲得機(jī)型知識(shí)、技能和態(tài)度意識(shí)的過(guò)程，包括地面階段和飛行階段。采用培訓(xùn)設(shè)備開(kāi)展飛行訓(xùn)練是一種既高效安全，又降低成本的有效手段，是飛行員及相關(guān)從業(yè)者獲取系統(tǒng)理論、保持和提高飛行技術(shù)的重要途徑。培訓(xùn)設(shè)備包括飛行階段適用的培訓(xùn)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)飛行培訓(xùn)設(shè)備）和地面階段適用的培訓(xùn)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)地面培訓(xùn)設(shè)備）：飛行培訓(xùn)設(shè)備是指應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)局方鑒定合格才能用于訓(xùn)練的培訓(xùn)設(shè)備，主要用于增強(qiáng)態(tài)度意識(shí)和飛行能力的飛行階段教學(xué)。這類(lèi)設(shè)備可替代真機(jī)訓(xùn)練，在其訓(xùn)練的在座飛行時(shí)間可記錄為飛行經(jīng)歷時(shí)間，包括AC-60-FS-2019-006[1]規(guī)定的全任務(wù)飛行模擬機(jī)（Full Flight Simulators， FFS）和AC-60-FS-2019-007[2]規(guī)定的飛行訓(xùn)練器（Flight Training Device， FTD）。地面培訓(xùn)設(shè)備是指用于提高地面階段教學(xué)的知識(shí)掌握程度、部件操作熟練度、飛行程序練習(xí)等專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)訓(xùn)練，例如綜合程序訓(xùn)練器（Integrated Procedure Training， IPT）、虛擬仿真訓(xùn)練器等。部分設(shè)備由于在操作主觀感受度上與真機(jī)存在較大差異，在該類(lèi)設(shè)備上的訓(xùn)練不可作為替代真機(jī)訓(xùn)練，因此不需要經(jīng)過(guò)局方鑒定合格就能用于訓(xùn)練的培訓(xùn)設(shè)備，這類(lèi)設(shè)備較飛行訓(xùn)練器更簡(jiǎn)易便捷。

在不同階段的飛行訓(xùn)練中將不同類(lèi)型的培訓(xùn)設(shè)備合理利用，可以有效提高整個(gè)訓(xùn)練周期的培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率。以飛機(jī)主制造商為身份的空客、波音在全球建立了完善的培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)，包括提供系列化的培訓(xùn)技術(shù)支持以及與培訓(xùn)相匹配的培訓(xùn)設(shè)備服務(wù)。在培訓(xùn)設(shè)備方面，將FFS、FTD飛行培訓(xùn)設(shè)備廣泛應(yīng)用到全球與之合作的培訓(xùn)中心，在部分培訓(xùn)中心中提供虛擬仿真器（Virtual Simulator， VSIM）和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器，用于提高地面階段教學(xué)的培訓(xùn)效率和質(zhì)量[3-5]；以飛機(jī)模擬機(jī)制造商為身份的加拿大航空電子設(shè)備公司（Canadian Aviation Electronics， CAE）與合作的方式在全球組建飛行培訓(xùn)中心，提供培訓(xùn)技術(shù)服務(wù)，開(kāi)發(fā)了系列化訓(xùn)練器，除了飛行培訓(xùn)設(shè)備之外，也包括VSIM等地面培訓(xùn)設(shè)備，形成以飛行培訓(xùn)設(shè)備為主導(dǎo)的培訓(xùn)設(shè)備體系[6]。珠海翔翼、東航研發(fā)中心、國(guó)航培訓(xùn)部等國(guó)內(nèi)知名培訓(xùn)中心以飛行模擬機(jī)為主導(dǎo)，同時(shí)在機(jī)型訓(xùn)練中應(yīng)用VSIM、IPT、飛行模擬應(yīng)用程序等。通過(guò)引入地面培訓(xùn)設(shè)備，幫助學(xué)員直觀形象地理解抽象原理和知識(shí)，增加程序操作和關(guān)鍵部件的熟練度。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)于培訓(xùn)設(shè)備的研制和應(yīng)用主要聚焦在FFS、FTD等飛行培訓(xùn)設(shè)備；正在使用的VSIM等地面培訓(xùn)設(shè)備可有效提高地面階段教學(xué)質(zhì)量和效率；但地面培訓(xùn)設(shè)備如何滿(mǎn)足專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)需求未有提及；地面培訓(xùn)設(shè)備的研究和應(yīng)用并未成體系。目前，國(guó)內(nèi)用于國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行階段教學(xué)的培訓(xùn)設(shè)備主要是FFS，用于地面階段教學(xué)的是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的訓(xùn)練器（Computer Based Training， CBT）、IPT等。這種培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用組合可以為學(xué)員提供較高的逼真感受，但是受培訓(xùn)成本、運(yùn)維壓力等因素影響，培訓(xùn)時(shí)長(zhǎng)有限。在提升飛機(jī)系統(tǒng)知識(shí)掌握程度和技能熟練度方面，缺少地面培訓(xùn)設(shè)備的輔助。因此，國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練對(duì)地面培訓(xùn)設(shè)備的需求愈發(fā)迫切。鑒于此，本文針對(duì)地面階段教學(xué)的不同培訓(xùn)目標(biāo)及課程，提出一種基于培訓(xùn)需求的地面培訓(xùn)設(shè)備的選擇方法，以期為研制出針對(duì)性高的自主化地面培訓(xùn)設(shè)備奠定基礎(chǔ)。

1" 基于訓(xùn)練等級(jí)的培訓(xùn)設(shè)備需求分析

培訓(xùn)設(shè)備的目的是為了滿(mǎn)足培訓(xùn)需求，提高培訓(xùn)遷移效果，降低培訓(xùn)時(shí)間。因此，高質(zhì)量的培訓(xùn)設(shè)備是確保培訓(xùn)質(zhì)量的重要因素之一。培訓(xùn)設(shè)備與培訓(xùn)目標(biāo)契合，滿(mǎn)足培訓(xùn)需求至關(guān)重要。

國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方法源于教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Instructional System Design， ISD）的ADDIE模型[7-8]，在ADDIE模型的分析階段需要根據(jù)地面和飛行前、起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)近、著陸、著陸后8個(gè)階段的飛行場(chǎng)景（定義見(jiàn)表1）編制任務(wù)列表，再對(duì)這些任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)要素分析，確定每項(xiàng)任務(wù)中知識(shí)（Knowledge， K）、技能（Skill， S）、態(tài)度意識(shí)（Attitude， A）的比例。知識(shí)的部分可采用自學(xué)和教學(xué)演示的方式進(jìn)行實(shí)施；技能的部分可采用程序操作訓(xùn)練的方式進(jìn)行實(shí)施；態(tài)度意識(shí)的內(nèi)容可通過(guò)加入外部環(huán)境和場(chǎng)景模擬的方式進(jìn)行實(shí)施。

基于AC-61-023的知識(shí)點(diǎn)分類(lèi)方法，設(shè)計(jì)出國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)的訓(xùn)練等級(jí)分類(lèi)原則[9]。結(jié)合訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)要素組合特征，將各訓(xùn)練任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練等級(jí)分析，分別列入訓(xùn)練等級(jí)的A、B、C、D和E 5個(gè)等級(jí)中，再根據(jù)培訓(xùn)目標(biāo)達(dá)成、訓(xùn)練等級(jí)特征，以及訓(xùn)練要素的實(shí)施方式對(duì)培訓(xùn)設(shè)備提出針對(duì)性要求。訓(xùn)練等級(jí)、訓(xùn)練要素和設(shè)備要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2，訓(xùn)練等級(jí)從A到E，對(duì)培訓(xùn)設(shè)備的要求逐步提高，因此設(shè)備的研制成本也會(huì)增加。除此之外，培訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用還應(yīng)兼顧可行性、安全性。

2" 地面培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用需求研究

2.1" 地面培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用特性分析

地面培訓(xùn)設(shè)備的適用范圍是系統(tǒng)知識(shí)教學(xué)、操作任務(wù)教學(xué)和有限的運(yùn)行場(chǎng)景，涉及系統(tǒng)理論、正常程序和部分非正常程序。可用于地面培訓(xùn)設(shè)備的類(lèi)型包括計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器、虛擬仿真訓(xùn)練器、部件訓(xùn)練器、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器和綜合程序訓(xùn)練器，下面對(duì)各類(lèi)地面培訓(xùn)設(shè)備應(yīng)用特性展開(kāi)分析。

1）計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器。計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器可在移動(dòng)端進(jìn)行學(xué)習(xí)，便攜性好。針對(duì)系統(tǒng)理論培訓(xùn)的計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器一般是通過(guò)圖形圖像、文本顯示、語(yǔ)音的方式展示系統(tǒng)邏輯、控制面板和顯示器等，提高學(xué)員對(duì)系統(tǒng)理論知識(shí)的理解。針對(duì)程序訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器可以模擬駕駛艙環(huán)境，通過(guò)提供仿現(xiàn)實(shí)的駕駛體驗(yàn)，幫助學(xué)員提升飛行程序的熟練度。代表設(shè)備是CBT等[10-11]。

2）虛擬仿真訓(xùn)練器。虛擬仿真訓(xùn)練器是基于仿真系統(tǒng)的培訓(xùn)設(shè)備，能夠在二維平面中仿真出完整的駕駛艙，學(xué)員可以選擇飛行場(chǎng)景，操作駕駛艙內(nèi)控制面板，觀察顯示儀表的指示及動(dòng)態(tài)原理圖，通過(guò)與飛機(jī)系統(tǒng)的交互幫助學(xué)員更深刻地理解飛機(jī)系統(tǒng)的控制、顯示、工作原理等。代表設(shè)備是VSIM等[12-13]。

3）部件訓(xùn)練器。部件訓(xùn)練器[14]可對(duì)駕駛艙內(nèi)某一個(gè)或幾個(gè)部件進(jìn)行仿真，提供專(zhuān)項(xiàng)任務(wù)的訓(xùn)練，學(xué)員可以通過(guò)實(shí)體件的操作增加設(shè)備熟練度和觸覺(jué)感受，具有良好的交互性，幫助學(xué)員練習(xí)程序操作及相應(yīng)的控制指示。代表設(shè)備是飛行管理練習(xí)器、自動(dòng)飛行練習(xí)器等。

4）擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器。擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器是基于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的培訓(xùn)設(shè)備，采用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality， VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality， AR）或混合現(xiàn)實(shí)（Mediated Reality， MR）等圖像處理技術(shù)模擬真實(shí)的飛行場(chǎng)景，使學(xué)員沉浸在一個(gè)具有立體感的虛擬環(huán)境中。學(xué)員通過(guò)頭戴式屏幕、眼鏡或者簡(jiǎn)單的外置可視裝置獲得飛行信息，并能通過(guò)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換駕駛艙數(shù)據(jù)庫(kù)模型和附屬飛行機(jī)件隨意改裝虛擬環(huán)境。代表設(shè)備是VR訓(xùn)練器等[15-17]。

5）綜合程序訓(xùn)練器。綜合程序訓(xùn)練器通過(guò)觸摸屏和飛機(jī)設(shè)備仿真件搭建出三維駕駛艙，教員可以通過(guò)教員操縱臺(tái)設(shè)置飛機(jī)場(chǎng)景、飛機(jī)性能參數(shù)等，學(xué)員可以通過(guò)觸屏的方式操作駕駛艙內(nèi)的控制面板，觀察顯示儀表的指示。綜合程序訓(xùn)練器通過(guò)模擬較為逼真的駕駛艙環(huán)境，可用于程序訓(xùn)練、機(jī)組資源管理訓(xùn)練、標(biāo)準(zhǔn)喊話(huà)訓(xùn)練等。代表設(shè)備是IPT、航空訓(xùn)練器（Aviation Training Device， ATD）等[18-19]。

以上地面培訓(xùn)設(shè)備的特點(diǎn)見(jiàn)表3，由此可見(jiàn)這幾類(lèi)培訓(xùn)設(shè)備之間并不是完全孤立的，可以根據(jù)培訓(xùn)需求及應(yīng)用場(chǎng)景組合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短。例如為了增加學(xué)員練習(xí)正常程序的真實(shí)感受，可將部件訓(xùn)練器與計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器或虛擬仿真訓(xùn)練器組合使用。

2.2" 地面培訓(xùn)設(shè)備的選擇方法研究

通過(guò)對(duì)訓(xùn)練等級(jí)和訓(xùn)練要素的分析確定了培訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用需求，結(jié)合地面培訓(xùn)設(shè)備的特點(diǎn)，其主要應(yīng)用范圍是訓(xùn)練等級(jí)為A、B、C級(jí)的任務(wù)教學(xué)，訓(xùn)練等級(jí)為D和E級(jí)的訓(xùn)練任務(wù)對(duì)飛行場(chǎng)景模擬的要求較高，是態(tài)度意識(shí)加強(qiáng)的訓(xùn)練，需要在一個(gè)全真模擬的場(chǎng)景下，因此只能在高等級(jí)飛行培訓(xùn)設(shè)備（如FFS）中完成，故本文不做討論。因此，結(jié)合訓(xùn)練等級(jí)分級(jí)原則、訓(xùn)練要素的實(shí)施要求和地面培訓(xùn)設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行分析，地面培訓(xùn)設(shè)備選擇方法設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。

1）訓(xùn)練等級(jí)為A級(jí)的任務(wù)可以通過(guò)學(xué)員自學(xué)就完全掌握，其訓(xùn)練要素僅包含知識(shí)，不涉及技能和態(tài)度意識(shí)，可以不使用培訓(xùn)設(shè)備，但是為了提高培訓(xùn)效果，也可根據(jù)情況進(jìn)行升級(jí)，采用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器。目前用于國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練A等級(jí)自學(xué)知識(shí)部分采用的培訓(xùn)設(shè)備是CBT，CBT比看手冊(cè)更加生動(dòng)直觀，提高學(xué)員在系統(tǒng)理論知識(shí)方面的掌握效率。

2）訓(xùn)練等級(jí)為B級(jí)的任務(wù)可以通過(guò)輔導(dǎo)性教學(xué)掌握，其訓(xùn)練要素包含一大部分的知識(shí)和少部分的技能，不涉及態(tài)度意識(shí)。對(duì)于知識(shí)部分主要通過(guò)自學(xué)+演示講解的方式進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，可根據(jù)實(shí)施方式使用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器和虛擬仿真訓(xùn)練器；對(duì)于技能部分主要涉及的是操作練習(xí)，可使用部件訓(xùn)練器和計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器。目前用于國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練B等級(jí)自學(xué)知識(shí)部分采用的培訓(xùn)設(shè)備是CBT，可以幫助學(xué)員在課前提前了解知識(shí)，提高了課堂教學(xué)階段的學(xué)習(xí)進(jìn)度和效率。在輔助講解知識(shí)部分可增加虛擬仿真訓(xùn)練器為教員提供支持，在操作技能部分也可增加相應(yīng)的設(shè)備支持。

3）訓(xùn)練等級(jí)為C級(jí)的任務(wù)必須在具有系統(tǒng)訓(xùn)練能力的設(shè)備上完成，需要部分功能性模擬、交互式設(shè)備輔助教學(xué)，其訓(xùn)練要素包含一部分的知識(shí)和技能，以及少部分的態(tài)度意識(shí)。對(duì)于知識(shí)部分主要通過(guò)自學(xué)、演示講解進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，可根據(jù)實(shí)施方式使用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器和虛擬仿真訓(xùn)練器；對(duì)于技能部分主要通過(guò)操作練習(xí)和飛行任務(wù)設(shè)置進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，可根據(jù)實(shí)施方式使用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器、部件訓(xùn)練器和綜合程序訓(xùn)練器；對(duì)于態(tài)度意識(shí)方面主要通過(guò)設(shè)置飛行場(chǎng)景和高仿真度進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，可根據(jù)要求使用擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器和綜合程序訓(xùn)練器，部分特殊訓(xùn)練甚至需要在FTD上才能完成。目前用于國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練C等級(jí)的培訓(xùn)設(shè)備是CBT和IPT，自學(xué)知識(shí)部分采用CBT，綜合程序訓(xùn)練采用IPT。IPT在飛行任務(wù)技能和部分態(tài)度意識(shí)提升方面效果顯著。部件訓(xùn)練器和針對(duì)程序訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練器的引入將提高學(xué)員的設(shè)備熟練操作技能，提高IPT的培訓(xùn)效果，甚至能夠減少培訓(xùn)時(shí)間，降低培訓(xùn)成本。在增加飛行場(chǎng)景態(tài)度意識(shí)方面也可引進(jìn)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器提高學(xué)員的沉浸式感受，進(jìn)而提升培訓(xùn)效果。

基于以上地面培訓(xùn)設(shè)備的選擇方法可以從訓(xùn)練等級(jí)A、B、C級(jí)的具體任務(wù)出發(fā)選擇培訓(xùn)設(shè)備的類(lèi)型，接下來(lái)，在培訓(xùn)設(shè)備的研制階段就可以對(duì)培訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，包括確定模擬的部件、展示的內(nèi)容、可選程序范圍等等，再結(jié)合培訓(xùn)方式、課程設(shè)置要求等對(duì)地面培訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3" 結(jié)論

1）針對(duì)國(guó)產(chǎn)某型號(hào)飛機(jī)飛行訓(xùn)練對(duì)地面培訓(xùn)設(shè)備的需求愈發(fā)迫切的情況，本文從培訓(xùn)需求出發(fā)設(shè)計(jì)出了一套成體系的地面培訓(xùn)設(shè)備類(lèi)型的選擇方法。

2）本文以不同訓(xùn)練要素組合特征的訓(xùn)練等級(jí)特點(diǎn)作為培訓(xùn)需求，明確了各訓(xùn)練等級(jí)培訓(xùn)任務(wù)對(duì)培訓(xùn)設(shè)備的要求；并對(duì)可用于地面培訓(xùn)設(shè)備的類(lèi)型進(jìn)行了特點(diǎn)以及適用范圍的分析。

3）地面培訓(xùn)設(shè)備僅適用于訓(xùn)練等級(jí)為A、B、C級(jí)的飛行場(chǎng)景任務(wù)。可根據(jù)本文對(duì)訓(xùn)練要素的實(shí)施要求和地面培訓(xùn)設(shè)備特點(diǎn)分析結(jié)果選擇確定適合的地面培訓(xùn)設(shè)備。

4）本文進(jìn)行的地面培訓(xùn)設(shè)備的應(yīng)用需求研究為現(xiàn)有及未來(lái)地面培訓(xùn)設(shè)備的研制提供了理論方法支持，對(duì)后續(xù)培訓(xùn)設(shè)備的需求分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)具有重要意義。

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