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Java系统在纸盒远程定制系统的开发及应用

添加时间:2020/06/22 来源:西安理工大学 作者:解蕾
本文结合"免胶式包装纸盒 CAD/CAM 软件系统"项目的研究,分析了纸盒远程定制平台的目标用户需求、纸盒定制数据需求,同时分析了国内外研究现状,采用理论研究、Java 系统开发相结合的方法,对纸盒远程定制系统进行了开发。
以下为本篇论文正文:

摘 要

  随着电商的不断普及,网购逐渐成为人们日常的购物方式,快递纸盒业迅猛发展之余,包装纸盒的设计任务也随之增多,在这样的背景下,亟待开发能提高纸盒设计及定制效率的纸盒远程定制平台。本文结合"免胶式包装纸盒 CAD/CAM 软件系统"项目的研究,分析了纸盒远程定制平台的目标用户需求、纸盒定制数据需求,同时分析了国内外研究现状,采用理论研究、Java 系统开发相结合的方法,对纸盒远程定制系统进行了开发。

  论文的主要研究内容及研究成果如下:

  (1)从系统需求分析入手,构建系统理论架构与技术架构,针对系统目标用户的特点,设计了服务器一站式开发的模式,梳理分析纸盒远程定制平台的系统需求,对系统做了理论架构及技术架构的设计。

  (2)结合系统需求与开发模式,设计开发了由登录权限引导下的用户端功能模块与设计端功能模块,针对功能模块的具体分析,通过思维导图的梳理与原型的设计,实现了系统开发理论流程的建立,完成了系统的界面设计。

  (3)系统开发采用 SSM 框架,基于 SSM 框架的系统代码结构的划分,实现了用户管理、数据文件、模型文件、结果文件的分层处理,降低了代码的耦合性。结合 MySQL数据库实现用户数据的上传及下载、设计结果的上传及下载。通过 Jsp 语言实现动态网页的交互,基于 MVC 分层思想,实现了纸盒远程定制平台的开发。

  关键词:包装纸盒;远程定制;SSM 框架;界面设计;Java

纸盒远程定制系统

Abstract

  With the continuous popularization of e-commerce, online shopping has gradually become a daily shopping method for people. With the rapid development of the express carton industry,the design task of packaging carton has also increased. Under such a background, it is urgent to develop to improve the carton design. And custom efficient cartons remote customization platform. This paper combines the research of "Glass-free packaging carton CAD/CAM software system" project, analyzes the target user requirements of carton remote customization platform, carton customization data requirements, and analyzes the research status at home and abroad, using theoretical research, Java. A combination of system development methods was developed for the carton remote customization system.

  The main research contents and research results of the thesis are as follows:

  (1) Starting from the analysis of system requirements, constructing the theoretical framework and technical architecture of the system, aiming at the characteristics of the target users of the system, designing the one-stop development mode of the server, combing the system requirements of the remote customization platform of the carton, and making a theory on the system. Architecture and technical architecture design.

  (2) Combining the system requirements and development mode, the user-side function module and the design-end function module guided by the login authority are designed and developed. For the specific analysis of the function module, the system is realized through the combing of the mind map and the prototype design. The establishment of the theoretical process was completed and the interface design of the system was completed.

  (3) System development adopts SSM framework, based on the pision of system code structure of SSM framework, realizes hierarchical processing of user management, data files, model files and result files, and reduces code coupling. Combine MySQL database to upload and download user data, upload and download design results. Through the Jsp language to achieve dynamic web page interaction, based on the MVC layering idea, the development of the carton remote customization platform is realized

  Keywords: packaging carton; remote customization; SSM framework; interface design; Java

目录

  1 绪论

  1.1 课题研究的背景及意义

  近十余年,随着电商的普及,网购逐渐深入人心,网购人数的规模也在不断提升,快递业得到迅猛的发展,由此带动快递包装业的繁荣,包装纸盒需求日益增大【1】,纸盒在运输业界得到了广泛的应用,基于其可循环利用、可降解、价格低廉等性质,赢得了新时代倡导环保人士的广泛青睐【2】。

  各大电商分别为不同产品定制了不同的标准、规格和性质的纸盒包装,导致快递纸盒包装种类多样【3】,包装纸盒的设计任务也随之增多,相应的提高纸盒的设计及定制效率也逐渐成为纸盒行业关注的热点【4】。在此之前,纸盒的设计过程通常经由包装设计师根据产品所需绘制二维 CAD 盒型展开图,然后根据二维展开图借助纸盒打样机进行打样,其次通过手工折叠方式进行三维成品的成型,邮寄给客户。在此期间,一旦纸盒立体成型过程中出现偏差或者结构不合理的现象,则必须重新修改图纸,再次进行打样和成型。这种传统的设计方式最突出的缺点在于设计效率低,周期长、难度较大,不能提供精确的产品参数及盒型参数,且缺乏一定的参数支持,二次修改也会因为双方交流的延时性产生一定的偏差,给设计者带来了繁重的任务量。

  随着计算机技术的发展,一站式网络定制平台已经实现。基于网络下的包装纸盒远程定制系统,旨在重新设计纸盒定制设计的流程,以适应纸盒品种多样化的情况,并达到节省交流时间的目的。本文对该系统进行了规划设计、定义了功能模块、通过代码编写来实现系统,系统基于浏览器运行,整体突出系统流程的易用性,致力于给予用户精确的设计结果反馈,设计师可及时获取用户需求数据,大大降低了交流所耗时间,缩短了投放市场的周期。因此研究网络下包装纸盒远程定制系统具有较强的现实指导意义和市场价值。

  1.2 国内外研究现状

  1.2.1 国内纸盒定制系统的研究现状

  国内具有代表性的包装企业为胜达、界龙、上峰 SALFO、合兴、裕同、正元 inpac、金盛、绿成、锦胜、东经等,国内包装企业大多通过企业网站对远端客户提供包装信息,通过文字与图片信息向远端客户提供包装纸盒盒型信息【5】,没有专门的远程定制平台去进行沟通。早在 1944 年,国内很多学者就提出了纸盒计算机辅助设计的思想,随着计算机技术的发展,国内纸盒设计系统主要以方正的 epack 和中为的包装魔术师 packmage 为主。表 1-1 epack 中为的包装魔术师的对比分析,可以看出目前国内主流参数化包装定制系统的目标用户人群是有包装纸盒设计需求的人群,经过专业培训的设计师通过软件系统为客户设计纸盒,排版再到生产【6】。方正的 epack 和中为的包装魔术师 packmage 均需要经过一定纸盒设计专业培训的专业人士来进行软件使用,学习成本较高,不能适应纸盒设计的高度需求。

  据库,用户可以在线选择零件生成新的盒型,与设计人员进行动态交互【7】。该模式对个人用户的专业知识要求较高,无法普及。

  亦有学者提出包装产品集成设计系统模式,系统集成包括设计、制造、企业宣传,着重突出企业技术及信息的集成和共享,基于客户机/服务器技术,设计系统的功能模块,可以针对客户需求通过网络展示虚拟三维产品模型【8】。这种模式作为企业门户网站的代表,结合了纸盒设计技术及三维展示技术,向客户展示企业盒型信息及虚拟盒型,是主要以企业宣传为主的盒型设计集成系统。

  还有学者提出开发一种 ActiveX 的插件,用来显示 OpenGL 场景,通过此插件显示盒型的虚拟模型,客户浏览盒型模型的同时可以进行注解标记、零件拆卸等操作,以此来建立信息共享与交流交互的工作环境【9】。该设计模式的设计重点是解决交流交互过程中所遇到的问题,但存在的不足是不能很好的兼顾参数化设计,同时客户自由的标记与拆卸需要客户有一定的纸盒结构设计基础。在纸盒设计系统的规划上还有学者提出构建在线产品设计系统,设定参数属性面板,用户调节参数面板的属性值,达到与设计师互动的目的【10】,该模式加入了包装的视觉设计参数,可以提升客户在包装视觉设计中的自由度。

  1.2.2 国外纸盒定制系统的研究现状

  国外多以纸盒设计软件为主,针对纸盒设计功能的开发也达到了极致,主要以LASERCOMB 公司的 Impact CAD 软件、Esko-Graphics 公司的 ArtiosCAD 软件为主。

  Impact 包装软件输入长宽高即可自动生成盒型,且能够读取二维图形文件,给定纸张就可以自动排版,能快速实现二维至三维立体盒型的转变,但引进至今主要用于电脑打样,使用人员不具备进行深度设计的能力。ArtiosCAD 是一个功能完整、结构设计强大的软件系统,在世界上被作为全球标准包装结构设计系统而广泛使用【11】。主要具有设计功能模块、盒型库、排版功能模块、3D 检测功能模块。

  上述软件的纸盒设计自动化程度颇高,纸盒设计功能强大,但两者均学习成本较高,需要专业人员进行操作,没有相应的系统模块与用户数据做对接。

  1.2.3 基于产品模型的盒型生成研究现状

  包装技术的演变大体分为三个阶段:物理性包装阶段、现代包装阶段、数字包装阶段。

  随着计算机的普及,纸盒盒型生成的一般流程为:确定需求尺寸、绘制二维平面图形、生成打样代码、盒型打样【12】,如图 1-1 所示。

  基于产品模型的盒型生成系统,即获取所需包装的产品的等比模型,基于 3D 模型进行包装结构设计,生成二维盒型展开图,然后完成打样。市场上 ArtiosCAD 在基于产品模型进行盒型最为成熟【13】,设计基于产品模型的纸盒设计生成,同时增加缓冲件的设计,可得到精确的设计尺寸,也将大大节约设计成本,提高设计精准度和工作效率。以下为ArtiosCAD 软件基于产品模型的盒型生成流程如图 1-2 所示。

  ArtiosCAD 软件是包装设计行业使用范围最广的软件之一,软件中 3D 实现模块可供设计师导入三维模型文件及缓冲衬垫模型,如图 1-3 所示。

  1.2.4 系统开发技术现状

  a. 开发语言的使用现状计算机软件系统的开发离不开编程语言的支持,各类编程语言依靠其自身优势在桌面应用软件及网络应用软件中国发挥着重要的作用。目前,在系统开发过程中常用的编程语言有 C 语言、C++、Java、C#、python 等,对这些编程语言进行分析,划分适用范围,明确语言优势,可有效地提高软件系统开发的效率【14】。C 语言有完善的语法结构,演变出 C++语言,继承了 C 语言所有的功能特点。Java 语言也是立足于 C 语言的结构基础,吸纳 C++语言的功能优势,摒弃繁琐并突出面向对象的特性【15】。C#语言其功能特点与 Java语言类似,是一种面向对象的编程语言。Python 语言由脚本语言发展而来,近年来在人工智能上 python 有很大的用武之地。以下通过表格汇编整合出常用编程语言的优势及适用范围,如表 1-2 所示。针对本文系统的开发需求选取 Java 语言为主要开发语言。

  b. 集成开发环境的对比选择集成开发环境简称 IDE,用于为程序开发提供软件环境,软件在组成上包括代码编辑器、编译器、调试器、图形用户界面。以 Java 语言集成开发环境为主要分析对象,归纳分析不同集成开发环境的优缺点,从中选择本文系统开发所适用的集成开发环境。

  Java 作为世界上最流行的编程语言,支持 Java 开发的开发工具有很多,主要有:JDK(Java Development Kit)、Java WorkShop、NetBeans、Jbuilder、Eclipse、Intellij IDEA 等IDE 平台【16】,这些平台在功能上各有所长,以下通过表格总结各平台优势及劣势,进行平台对比,如表 1-3 所示。


  以上是对目前主流的 Java 集成开发环境所做的功能对比,Intellij IDEA 在智能补全代码,提供智能模板供开发者使用这方面尤为突出,Java 规范中所提倡的方法,可不用输入自动生成,能有效的节省程序员的时间。同时,IDEA 有很多特色功能如编码辅助 JavaScript自动补全功能、html 页面编写代码功能。IDEA 提供了很多项目模板,比如 Spring MVC模板,可以直接创建一个基于 Maven 的 web 项目,其中各种配置都已经设定好了,直接编译部署就可以使用,在制作 web 应用程序上非常的便捷。

  因此选择 Intellij IDEA 集成开发环境可大大的提升初学者的开发效率。

  c. 开发框架的使用对比开发 web 系统,Java 语言为开发人员提供了非常强大的 javaweb 框架,其中包括Hibernate 框架、Struts2 框架、MyBatis 框架、Spring 框架、spring MVC 框架等五类相对成熟的开源框架。

  在实际开发过程中,开发框架多以组合框架为主,可以实现多个框架之间的配合从而降低系统程序的耦合,组合标准需考虑三个层面的问题,一是系统开发的分层问题,二是开发过程中的数据持久层问题,三是整体配置的问题即容器,综合考虑这三个层面的问题可将系统代码划分为逻辑层、视图层、持久层、模型层,从而搭建出清晰的系统开发结构。

  目前,主流的组合方式有两种【17-18】,一是 SSH 框架即 Struts2+Spring+Hibernate,一是 SSM框架即 Spring +spring MVC+ MyBatis.两种组合框架所实现的框架功能是相同的,两者之间的区别可以归为 Struts2 和 spring MVC、Hibernate 和 MyBatis 之间的区别,如表 1-4,1- 5 所示。

  通过对 Struts2 和 spring MVC、Hibernate 和 MyBatis 之间的区别进行深入对比分析,可以总结出 SSH 与 SSM 组合框架之间区别,SSH 框架在组合成熟度上较高,但其学习成本高,对于一般的 web 项目而言显得臃肿。SSM 框架在轻量方面无疑更加突出,与 Spring无缝对接更加方便了程序的管理,且学习成本低,开发效率高【19】。

  因此本文的开发中选择易于学习且开发效率较高的 SSM 框架。

  d.数据库技术及选择对于 web 系统开发而言,mysql 数据库是时下最流行,应用最广的数据库。其隶属于Orcale 公司,是一个完全开源的关联式数据库系统。MySQL 数据库在应用上具有不少优势,首先其支持多线程,可以充分利用 CPU 的资源,在数据库连接上,提供 TCP/IP、ODBC 和 JDBC 三种连接方式,在数据查询上,查询算法较优化【20】。其次,MySQL 数据库可以运行在不同的平台,方便数据库迁移。

  MySQL 数据库应用广泛,以 Google 为首的互联网公司,大多都采用 MySQL 数据库进行企业数据管理,其中包括网易、新浪等国内大型互联网企业e. 相关技术简介SSM 框架中 Spring 是一个开源框架, Spring 可以方便的集成各种优秀开源框架,对于 Java web 项目来说,Spring 能很好地将各种技术整合起来,优化系统结构【21】。SpringMVC 是 Spring 框架中提供的构建 web 应用程序的全功能 MVC 模块【22-23】。项目开发基于maven 技术,Maven 是基于项目对象模型(POM project object model),可以通过一小段描述信息(配置)来管理项目的构建、报告和文档的软件项目管理工具。通俗的讲,maven通过pom.xml文件的配置,来合理的叙述项目间的依赖关系【24】。开发后运行服务器Tomcat,是目前比较流行的 web 应用服务器。Tomcat 在实际运行上为 JSP 页面和 Servlet 服务【25】,同时也具有处理 HTML 页面的能力。Tomcat 是一个支持 Servlet 及 Jsp 运行的容器,所开发的应用程序与传统应用程序不同,Tomcat 中的应用程序是一个 WAR 包,包中的文件结构遵循一定的组织结构,包括 jsp 文件、web-INF 目录、web.xml 文件、classes 目录。

  基于 grasshopper 的开发,Grasshopper 中为程序爱好者提供了可供直接编写代码的控件,支持 C#与 VB.net 语言进行程序设计【26】。开发控件直接提供可供使用的系统文件流,系统数据流,rhino 开发包等命名空间,可支持插件与外部文件进行数据交流,同时也支持开发者自行导入命名空间,提升了开发控件的实用性1.3 本文研究的主要内容本课题拟以 JAVA 为开发语言进行纸盒包装远程定制系统的开发。首先确立以纸盒定制设计为研究对象,通过用户端获得用户需求,实时收集用户信息,通过代码实现数据对接,于设计端进行实时定制。主要研究内容如下:

  (1)系统的总体架构设计。以用户需求为最终准则,简化用户定制纸盒的流程,将系统划分为数据获取、数据对接、数据反馈三大系统层,对系统进行开发模式的研究以及使用流程的规划设计。

  (2)系统各功能模块分析及设计。立足于用户需求,提炼需求,将需求转化为系统的实际功能,对各功能模块的进行可行性分析,包括各功能模块的存在依据,发挥的作用以及解决了哪些问题,最后对各功能模块之间的联系做详细的阐述。

  (3)系统的开发实现。系统以 java 为开发语言,通过搭建 ssm 框架,创建 web 应用程序,将数据、业务逻辑、界面有机地整合,通过对 grasshopper 的二次开发将前端系统所获得的数据与设计端进行对接,从而实现系统的预期功能。

  (4)功能测试及实例应用。用户提交数据文件、获取设计反馈,设计端获取用户数据并反馈最终设计,通过不断调试来完善系统,提升系统的稳定性。最后打包部署,并选取部分实例,运行系统定制纸盒包装。

  1.4 论文的组织架构

  全文的研究内容总共分为七章:

  第一章,绪论。简要阐述了本文研究课题的背景及研究意义,对国内外相关领域的研究发展现状做了分析与总结。

  第二章,系统总体架构方案设计。本章分析了系统需求,对总体架构做了规划设计,包括系统理论架构与系统技术架构设计,根据用户需求确立了适用于系统的开发模式。

  第三章,系统各功能模块分析及设计。本章明确定义了系统各模块的功能,对各功能做了详细的分析与阐述,详细研究了系统各功能之间的数据连接方式,以及所解决的问题,为系统的可行性提供依据,同时设计系统原型,对数据库模块做了详细设计。

  第四章,系统各模块详细设计。本章着重讲解了系统在看开发实现过程中所遇到的关键问题,并提出代码解决方案。分别从 SSM 框架整合,系统代码结构,用户登录模块,参数录入,文件上传及下载,系统设计器数据对接几个方面做了详细类图设计。

  第五章,系统的实现及测试。本章结合设计理论进行了系统界面设计,并通过 jsp 语 言实现界面。最后对系统的主要功能进行了运行测试。

  第六章,实例应用。本章对最终系统进行打包部署,与目标计算机实现数据对接。选取实例对象,以验证集成系统的实用性、可操作性及数据对接的正确性。

  第七章,总结与展望。对研究过程进行总结,提出研究中还存在的不足之处,为后续的研究提出建议。

  论文的组织架构如图 1-4 所示。

  2 总体架构规划
  2.1 系统需求分析
  2.1.1 目标用户需求分析
  2.1.2 纸盒定制中的关键参数的分析
  2.1.3 数据需求分析
  2.1.4 系统数据流用例分析
  2.1.5 非功能性需求分析
  2.1.6 可行性分析

  2.2 免胶式包装纸盒数字化设计制造平台的系统集成规划
  2.3 远程定制平台架构设计
  2.3.1 系统理论架构设计
  2.3.2 系统技术架构设计
  2.4 系统开发模式
  2.5 本章小结

  3 系统各功能模块分析及设计
  3.1 用户端模块分析
  3.1.1 功能模块设计及分析
  3.1.2 用户端思维导图
  3.1.3 用户端原型设计
  3.2 设计端模块分析
  3.2.1 功能模块设计及分析
  3.2.2 设计端思维导图
  3.2.3 设计端原型设计

  3.3 数据库模块
  3.3.1 功能模块设计及分析
  3.3.2 用户登录及权限管理
  3.3.3 文件数据存储
  3.4 数据库结构设计
  3.4.1 用户实体 E-R 图及数据表设计
  3.4.2 数据实体 E-R 图及数据表设计
  3.4.3 文件实体 E-R 图及数据表设计
  3.5 本章小结

  4 系统各模块的详细设计
  4.1 系统开发过程中相关软硬件信息
  4.2 搭建系统开发结构
  4.3 系统总体代码组织结构
  4.4 系统实体类设计
  4.5 功能模块的详细设计
  4.5.1 用户端模块的代码设计
  4.5.2 设计端模块的代码设计
  4.6 本章小结

  5 系统的实现及测试
  5.1 系统界面设计
  5.1.1 界面设计原则和方法
  5.1.2 界面设计思路
  5.2 系统界面设计实现
  5.2.1 系统登录界面
  5.2.2 用户端界面
  5.2.3 设计端界面

  5.3 系统测试
  5.3.1 测试方法
  5.3.2 登录注册模块测试
  5.3.3 用户端测试
  5.3.4 设计端测试
  5.4 本章小结

  6 实例应用
  6.1 系统的部署对接
  6.2 数字化纸盒制造集成系统的运行
  6.2.1 集成系统的启动
  6.2.2 实例对象选取
  6.2.3 用户端数据提交
  6.2.4 设计端数据处理及打样测试
  6.2.5 盒型打样测试
  6.2.6 包装纸盒样品
  6.3 运行中的问题及解决方法
  6.3.1 模型求解问题
  6.3.2 保存 Excel 数据表问题
  6.4 本章小结

7 总结与展望

  7.1 全文总结

  本文从市场背景出发,提出了纸盒远程定制系统。系统最初设计系统需求出发,对系统进行了功能模块设计、模式设计、流程设计、原型设计以及系统界面设计。本文基于 Java和 VB.net 语言对纸盒远程定制系统进行了设计开发,开发框架基于 SSM 框架技术的服务器一站式 web 应用。

  本文主要完成了以下工作:

  (1)分析了纸盒定制过程中的关键参数,引入显性参数与隐形参数的概念,从目标用户需求、数据需求入手对系统进行了数据流用例分析,结合系统数据需求及 SSM 开发框架分别对系统的理论架构及技术架构进行了设计,确立了系统的整体架构。

  (2)针对系统的数据需求分别设计了用户端功能模块、设计端功能模块、数据库功能模块。分别对功能进行了理论分析如功能的作用,功能的联系以及所解决的问题,最终梳理思维导图设计系统原型。其次,对系统数据库进行设计,通过分析系统数据的实体 E- R 图完成数据库的数据表设计。

  (3)系统的开发,首先通过系统各项配置整合系统的 SSM 框架,然后对系统的各功能模块进行了详细的类图设计,并对关键类做了讲解。系统界面的设计实现,对系统界面的设计做了设计规范,最终的界面实现通过 jsp 页面进行实现。

  (4)对系统各模块做了相关测试。依据黑盒测试法,分别对系统用户登录/注册模块、设计端功能模块、用户端功能模块设计操作用例,并根据系统需求,实际开发功能设想预期结果,通过测试得到实际结果。

  (5)在上述成果的支持下对系统进行了打包部署,选取部分实例进行盒型定制,并对定制结果进行了打样测试,验证了该集成系统的实时性、可操作性及数据对接的准确性。

7.2 不足与展望

  本课题的研究涉及到智能包装的系统设计,系统的开发因为个人的时间和开发能力的不足,只进行了系统盒型数据对接的研究,系统的开发也初步完成部分需求功能,由于本系统为本人在导师的指导下单独完成设计,受限于本人的知识技能的储备,在系统界面设计及交互上还有很大的提升空间。在今后的研究中还可改进完善的几点问题在此列出:

  (1)系统开发尚处于调试状态,有待下一步进行上线测试,在往后的研究中通过对代码的不断完善以及对系统安全性的提高,对系统进行上线测试。

  (2)系统的集成优化。系统目前仍处于初期阶段,系统使用过程中需要调用grasshopper、vb 程序,致使系统使用流程并非顺畅,后期可对系统进行代码集成,优化使用流程。

致谢

  时间过的飞快,我非常庆幸自己人生最美好的年华在西理工度过,这里有上进的同学,学术严谨的老师,在我的求学生涯中都为我提供了宝贵的意见。在此毕业论文即将完成之际,我衷心的向所有支持我、帮助我的老师同学表达我最真挚的感谢与最美好的祝愿!

  首先,我要感谢我的导师高瞩教授,他在繁忙的工作中总是专门抽时间对我课题进行专业的指导,高老师严谨的学术态度还有与时俱进的思想无时无刻不在给予我更专业,更精准的指导。

  感谢我的老师吉晓民教授,感谢吉老师在我的论文研究中对我的指导与帮助,吉老师一丝不苟的科研态度不断鼓舞着我,在我最困顿的时候给予我专业的指导与帮助。同时,感谢百忙之中为我论文提出修改建议的评审老师们,我也非常感谢课题进展中对我有过帮助的闫雯老师、白小波老师、王旭鹏老师,课题的完成离不开各位老师的帮助与指导,衷心的感谢。

  在此我还要感谢我的家人,我的朋友,我的同学,是他们不断给予我鼓励和支持,让我能勇敢的面对生活中所遇到的困难,感谢长期以来的陪伴和成长,希望大家都能有积极美好的生活。

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