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Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332 Fakultät für Wirtschaftswissenschaften W. Dangelmaier.

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Präsentation zum Thema: "Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332 Fakultät für Wirtschaftswissenschaften W. Dangelmaier."—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332 Fakultät für Wirtschaftswissenschaften W. Dangelmaier

2 Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik - Inhalt 1.Einführung: Worum geht es hier? 2.System 3.Modell 4.Modellierung von Gegenständen 5.Strukturmodelle (Gebildestruktur) 6.Verhaltensmodelle (Prozessstruktur) 7.Produktion 8.Digitale Fabrik 9.Planung von Produktionssystemen 10.Wirtschaftlichkeitsrechnung 11.Prüfungen

3 Definition System Ein System ist ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes Ganzes. Ein System ist eine Gesamtheit von Elementen, die in struktureller und funktioneller Hinsicht auf bestimmte Weise untereinander verbunden sind. Demnach kann ein System durch seine Funktion und durch seine Struktur gekennzeichnet werden. Systembegriff Ein System ist durch 3 Kategorien von Begriffen beschreibbar:  Elemente/Subsysteme  Eigenschaften  Beziehungen zwischen den Elementen Wichtige Teile, die nicht Teil des Systems sind, werden als Umgebung beschrieben. Die Nahtstelle zwischen System und Umgebung heißt Systemgrenze. 2. System

4 Elemente/Subsysteme Elemente/Subsysteme sind irgendwelche reale oder gedachte Dinge, z. B.:  Berge, Flüsse, Seen  Gebäude, Fahrzeuge, Straßen, Menschen  Teile des menschlichen Körpers (Augen, Ohren,...)  Zahlen, Variablen  Geometrische Figuren, Ziffern, mathematische Symbole Elemente werden auf der jeweiligen Diskursebene nicht mehr weiter unterteilt. 2. System

5 Eigenschaften Eigenschaften werden durch qualitative und/oder quantitative Parameter ausgedrückt, z. B.:  Farbe, Form, und Abmessungen eines Gegenstands (Elementes)  Fähigkeiten eines Menschen  Radius, Umfang und Fläche eines Kreises Es werden nur die auf der jeweiligen Diskursebene relevanten Eigenschaften betrachtet. 2. System

6 Beziehungen zwischen den Elementen Die Beziehungen stellen eine Ordnung unter den Elementen und Ihren Eigenschaften dar; sie können ebenfalls qualitativ oder quantitativ beschrieben werden, z. B.:  Statische oder dynamische Lagebeziehungen  Logische Verknüpfungen  Warenaustausch & Devisenfluss zwischen verschiedenen Ländern Umgebung Die Umgebung umfasst alles, was außerhalb eines bestimmten Systems liegt; er werden zweckmäßigerweise nur solche Elemente der Umgebung betrachtet, die relevante Beziehungen zum System aufweisen. Systemgrenze Die Nahtstelle zwischen System und Umgebung ist die Systemgrenze. Systemgrenzen brauchen nicht mit irgendwelchen vorgegebenen Abgrenzungen physischer, geometrischer, organisatorischer oder juristischer Natur sein. Ihre Wahl hängt immer vom Zweck der Untersuchung ab. 2. System

7 Systemstruktur Das abstrakte Gerüst der Elemente und ihrer Beziehungen untereinander bezeichnet man als die Struktur eines Systems. Beispiel: Fabrik Die Fabrik ist das zu betrachtende System. Elemente sind die verschiedenen Abteilungen. Beziehungen entsprechen dem Materialfluss der Abteilungen, deren Kapazität Eigenschaften der Elemente sind. Lieferanten und Kunden sind nicht Teil des Systems, sie gehören zur Umgebung. Rahmen- fertigung Zwischen- lager Lackiererei End- montage Roh- material- lager Gabel- fertigung Räder- fertigung Fertig- lager 2. System

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9 y1y1 x1x1 y2y2 y3y3 y5y5 y4y4 x2x2 x3x3 x5x5 x4x4

10 Gebilde- und Prozessstruktur Bei der Konkretisierung eines Systems in Raum und Zeit kann zwischen ortsabhängigen und zeitabhängigen Relationen unterschieden werden. Die räumliche Anordnung der Subsysteme ergibt die Gebildestruktur des Systems. Die Zeitabhängigkeit der Subfunktionen sowie die zeitabhängigen Relationen hingegen konstituieren die Prozessstruktur des Systems. K … Kopplung

11 2. System

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13 Klassifizierung: Statische/dynamische Systeme Statische Systeme sind dadurch gekennzeichnet, dass Elemente, Beziehungen und alle charakterisierenden Größen zeitlich konstant sind. Bei dynamischen Systemen ist eine Reihe weiterer Differenzierungen möglich (determinierter Ablauf, zeitlich variabler Ablauf, zeitlich variables Verhalten, zeitlich variable Struktur):  Art und Intensität der Beziehungen zwischen Systemen oder im Inneren des Systems können sich ändern  Eigenschaften von Elementen sind veränderlich  Änderungen der Struktur können auftreten 2. System

14 Klassifizierung: Input/Output – Systeme Eine weitere Art von Systemen kann dadurch charakterisiert werden, das die Beziehungen in einem Fluss von Material, Energie oder Information bestehen. Die Elemente sind dann durch einen Input und Output entsprechender Größen charakterisiert, weshalb man von Input/Output-Systemen spricht. Gegebenenfalls kann man hier Elemente dadurch untergliedern, das man sie in permanente und temporäre Elemente gliedert. 2. System

15 Klassifizierung: Geschlossene/Offene Systeme Systeme, die nur Beziehungen innerhalb der Systemgrenzen enthalten, nennt man geschlossene Systeme. Solche, die auch Beziehungen zur Umwelt aufweisen, werden als offene Systeme bezeichnet. Unternehmen sind immer offene Systeme. Was wäre ein geschlossenes System? Klassifizierung: Komplexität Ein System wird wesentlich charakterisiert durch den Grad der Komplexität. Die Komplexität wird bestimmt durch die Zahl der Elemente und ihrer Parameter sowie durch die Vielfalt und Variabilität der gegenseitigen Beziehungen. Mit steigendem Grad der Komplexität nimmt die Schwierigkeit der Beschreibung eines Systems zu; äußerst komplexe Systeme sind überhaupt nicht mehr vollständig beschreibbar. 2. System

16 Klassifizierung : Komplexität Gerüst: Absolut statische Struktur; feste, zeitlich invariable Elemente und Beziehungen; der Aufbau eines solchen Gerüsts ist meist ein erster Schritt im Hinblick auf eine systematische Durchdringung eines Sachverhalts; z. B. Straßennetz Uhrwerk: Einfachste dynamische Struktur mit genau vorhersehbaren Bewegungsabläufen; zu den „Uhrwerken“ werden auch dynamische Systeme im Gleichgewicht gerechnet, sofern das ruhende Gleichgewicht als Spezialfall einer Bewegung aufgefasst wird; z. B. Waage, Dieselmotor Regler/Thermostat: Einfache dynamische Struktur, die mit vorhersagbaren Bewegungsabläufen permanent von außen her vorgegebene Gleichgewichtszustände anzustreben versucht; z. B. drehzahlgeregelte Maschine 2. System

17 Klassifizierung: Komplexität Zelle: Offene Systeme, mit sich selbsterhaltender Struktur; Entwicklung eines Eigenlebens; z. B. Amöben, Viren Pflanze: Arbeitsteilige, gegenseitig aufeinander angewiesene Zellen; schwache Empfänglichkeit für äußere Reize Tier: Organismen mit stark ausgeprägter Mobilität; Sinnesaufnahme (Augen, Ohren, Nervensystem und Hirn); Formung und Mutierung eines Umweltbildes durch Filterung der Umwelteindrücke Mensch: Selbstbewusstsein; überdenkt Umwelteindrücke; Fähigkeit, Symbole und Sprache zu benutzen; Zeitbewusstsein Menschliche Organisation/Gesellschaft: System des Zusammenspiels von verschiedenen Individualfunktionen; Beziehungen zwischen Individuum durch Kommunikation; z. B. Unternehmen, Volkswirtschaft Transzendentes System: Noch nicht bekannt; mit dem heutigen menschlichen Intellekt nicht zu erfassende Systeme 2. System

18 Hierarchie Die Systemdefinition enthält per se keine Zuordnung, ob etwas als System, Subsystem oder als Element zu betrachten ist. Es ist zulässig, ein Element heraus zu greifen, und in weitere Bestandteile aufzugliedern, die dann als Sub-/ Untersystem bezeichnet werden. Der umgekehrte Schritt lässt Übersysteme entstehen, die ein System nur noch als „Black-Box“ sehen. Man kann ein System also als Ganzes oder detailliert betrachten. Fahrradfabrik Übersystem: Gesamtes Unternehmen Untersystem: Hochregallager 2. System

19 Hierarchie: Untersystem Greift man ein Element aus einem System heraus, zerlegt es in Bestandteile niedrigerer Ordnung, und betrachtet auch deren gegenseitigen Beziehungen, so entsteht ein Untersystem. Alle dem ursprünglichen Element zugeordneten Beziehungen werden zu äußeren Beziehungen des Untersystems zu seiner Umwelt. Die Systemgrenze entspricht dem Umfang des ausgewählten Elementes. Hierarchie: Übersystem Man kann aber auch in umgekehrter Richtung ein System als Teil eines übergeordneten Gebildes, eines Übersystems, betrachten. Das ursprüngliche System wird dann selber zu einem Element des Übersystems. Bei diesem Wechsel der Betrachtungsweise werden innere Beziehungen des ursprünglichen Systems vernachlässigt, und das System wird nur noch als Ganzes wahrgenommen. 2. System

20 Subsysteme Die Subsysteme eines Systems lassen sich ebenso wie dieses selbst durch ihre Funktion kennzeichnen; die Funktion eines Subsystems wird als Subfunktion bezeichnet. Die Art der Subsysteme wird also durch die Subfunktion und, soweit dies erforderlich ist, wiederum durch deren Struktur bestimmt. Hat ein System den Rang R, so gilt für die Subsysteme dieses Systems der Rang R-1. Hierarchie Ein System vom Rang R-1 ist Element im System vom Rang R, während dieses wiederum Element im System vom Rang R+1 ist. 2. System

21 Systemgliederung nach Aspekten Überall dort, wo Verknüpfungen zwischen den Subsystemen existieren, sind die Querbeziehungen aufzuzeigen, um trotz der Aufgliederung die Zusammenhänge des Gesamtsystems sichtbar zu machen. Dabei können verschiedene Aspekte unterschieden werden: Die Aspektbetrachtung Teilsysteme konzentriert sich auf einzelne Merkmale. Bei einer solchen Gliederung nach Aspekten können Überschneidungen vorkommen, Elemente also in mehreren Teilsystemen auftauchen. Beispiel: Energiefluss, Materialfluss, Informationsfluss, Personenfluss, … 2. System

22 Sub-/Untersystem Wir wählen ein Gliederungskriterium  das partitionierend wirkt (abgegrenzte Untersysteme!)  lokale Zusammenhänge schafft. Jedes Element nur in einem einzigen Untersystem. Teilsystem/Aspekt Wir wählen ein Gliederungskriterium  das überall gilt (Zusammenhang!)  sich von anderen Gliederungskriterien gut separieren lässt. Jedes Element kann in allen Teilsystemen auftreten. 2. System

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24 Beispiel 3: Montage von Tischen 2. System B Tischplatte ATisch nacheindeutig/vorvollständig Bei Nacheindeutigkeit hat jeder Tisch eine Relation zu genau einer Tischplatte. Vorvollständigkeit liegt vor, wenn alle Tische Bestandteil einer Relation sind.

25 Beispiel 3: Montage von Tischen 2. System B Tischplatte ATisch injektiv Bei Voreindeutigkeit hat eine Tischplatte eine Beziehung zu jeweils nur einem Tisch.

26 Beispiel 3: Montage von Tischen 2. System B Tischplatte ATisch surjektiv Zusätzlich zu den Anforderungen einer Funktion (vorvollständig, nacheindeutig) sorgt die Nachvollständigkeit dafür, dass jede Tischplatte in mindestens einer Beziehung vertreten ist.

27 Beispiel 3: Montage von Tischen 2. System B Tischplatte ATisch bijektiv Nachvollständigkeit und Voreindeutigkeit führen zur vollständigen Abdeckung der Tischplatte und dazu, dass jedes Element in nur einer Beziehung auftritt.

28 Beispiel 3: Montage von Tischen 2. System B Tisch A Tisch- platte invers Die Umkehrung der Relation erhält exakt dieselben, jetzt umgekehrt geordneten Paare. Die Relation könnte jetzt als Teileverwendung der Tischplatten interpretiert werden.

29 2. System

30 Die Relation „Fahrradbauteil sein von“ ist das relative Produkt der Relation „Vorderradbauteil sein von“ und der Relation „Vorderrad sein von“, denn für jedes x und y gilt: x ist ein Bauteil von Fahrrad y  es gibt ein solches Vorderrad z, dass x Bauteil von Vorderrad z und Vorderrad z ist Bauteil von Fahrrad y. Aus diesen Beispielen ist sofort zu ersehen, dass das relative Produkt von Relationen nicht kommutativ ist: Die Ehefrau des Bruders ist jemand anderes als der Bruder der Ehefrau; der Bruder der Mutter ist jemand anderes als die Mutter des Bruders. 2. System

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32 Beispiel 6: Welcher Tisch kann mit welchem Furnier geliefert werden? 2. System R Tischplatte Tisch S Furnier EicheBucheTeak Tisch- platte

33 2. System Furnier EicheBucheTeak Tisch

34 2. System

35 Beispiel 8: Produktdatenbank Die Fa. Cyberbikes betreibt einen Fahrrad-Spezialversand. Wir bereiten den Aufbau der Produktdatenbank der Cyberbikes vor. Dazu stellen wird die Relationen in Form von Tabellen dar. Die einzelnen n -Tupel einer Relation sind dabei die Zeilen einer Tabelle. (Beispiel: Die Produkte der Cyberbikes). Die Spalten gehören zu gewissen Attributen (wie „Produkt“, „Preis“, usw.). 2. System RpRp P. Nr.ProduktPreisHersteller-Nr. 1Nirwana9901 2Footstrong5902 3Cosmos Plusquamperfekt953 Die Zeilen (1, Nirwana, 990, 1),... sind Elemente der Produktmenge N  CHAR (15)  N  N. Analog enthält die Relation R H = {(Sandplatz, Kalkburg),...}  N  CHAR (15)  CHAR(15) nähere Informationen zu den Herstellern.

36 2. System RHRH Hersteller-Nr.NameOrt 1SandplatzKalkburg 2PropheteRheda 3NixeLudwigsburg

37 2. System R P (Hersteller-Nr., Hersteller-Nr.] R H P. Nr.ProduktPreisHersteller-Nr.NameOrt 1Nirwana9901SandplatzKalkburg 2Footstrong5902PropheteRheda 3Cosmos21502PropheteRheda 4Plusquamperfekt953NixeLudwigsburg

38 Die Anfrage „Preis aller von Prophete hergestellten Produkte“ könnte damit wie folgt formuliert werden:  Produkt, Preis (  Name=Prophete (R p [Hersteller-Nr., Hersteller-Nr.] R H )), Schritt 1: Verkettung R p [ Hersteller-Nr., Hersteller-Nr. ] R H )): 2. System R 1 = R P (Hersteller-Nr., Hersteller-Nr.] R H P. Nr.ProduktPreisHersteller-Nr.NameOrt 1Nirwana9901SandplatzKalkburg 2Footstrong5902PropheteRheda 3Cosmos21502PropheteRheda 4Plusquamperfekt953NixeLudwigsburg

39 Schritt 2: Auswahl der Zeilen mit „Name = Prophete“: Schritt 3: Projektion auf die Spalten Produkt und Preis Ergebnis ist die geforderte Preisinformation. 2. System R 2 =  Name=Prophete R 1 P. Nr.ProduktPreisHersteller-Nr.NameOrt 2Footstrong5902PropheteRheda 3Cosmos21502PropheteRheda R 3 =  Produkt, Preis R 2 ProduktPreis Footstrong590 Cosmos2150

40 Beispiel Presswerk Auftrag: Ein Auftrag der Fertigungssteuerung an das Presswerk, bestimmte Teile zu bestimmten Mengen und Terminen zu fertigen. Teil: Ein Teil ist ein nicht zerlegbarer Gegenstand aus einem Stoff. Arbeitsgang: Ein Arbeitsgang ist eine Teilverrichtung auf einer Maschine. Pressenstraße: Die Pressen sind im Presswerk in Pressenstraßen gruppiert. Eine Pressenstraße umfasst 8 Pressen. Die Kopfpresse hat ca to Presskraft und ist eine Ziehpresse, mit der die Kontur eines Karosserieteils gezogen wird. Die nachfolgenden Pressen haben zwischen 800 to und to Presskraft und dienen zum endgültigen Beschneiden des Bleches. Da das Presswerk insgesamt 5 Straßen umfasst, stehen im Presswerk 40 Pressen. 2. System

41 Kostenstelle: Eine Kostenstelle ist ein autonomes Gebilde hinsichtlich der Betriebsmittel- und Personalkapazität. Sie umfasst jeweils eine Pressenstraße. Rüstkapazität: Die Rüstkapazität steht für das gesamte Presswerk zur Verfügung. Fertigungs- Die Fertigungssteuerung erfolgt im Presswerk durch dezentrale steuerung: Werkverteiler. Transport: Die Anlieferung der geschnittenen Platinen erfolgt per Kran. Der Abtransport der fertigen Teile wird von Traktoren in Behältern erledigt. 2. System

42 Begriff:Beispiel: Systemgrenzen: Zum Materialeinkauf: Bereitstellung des Materials Zur Fertigungssteuerung: Übermittlung der Aufträge Zum Lager: Anlieferung der fertigen Teile usw. Umwelt: EinkaufAspekt Produktionsversion Energieversorgung Aspekt Energie DirektionAspekt Information Übersystem: System: Untersystem: Gesamtes Automobilwerk bzw. Produktion Presswerk z. B. 1 Presse / Leitstand der FST Hierarchie: Hierarchie der Funktionen / Objekte 2. System

43 Begriff:Beispiel: Element: Aufträge: Element von Auftragsbestand Pressen, Bedienungsperson usw. Element von Produktionssystem Globale / Detaillierte Betrachtung: Global:Presswerk als Ganzes mit Input und Output Detail: z. B. 1 Presse mit 4 Mann Bedienung Teilsystem (Aspekte): Aspekt Produktion: Teilsysteme sind die Fertigungseinrichtungen, die Fördersysteme, das Personal und die Aufträge Komplexität: Höchste bekannte Stufe Black Box: Annahme:Produktionssystem sei Black Box Input: Aufträge, Material, Energie Output: Fertige Teile, Abfall 2. System

44 Zusammenfassung Das Systemkonzept erlaubt ein komplexes Gebilde in logisch geordneter Art und Weise aufzugliedern und dabei einzelne Teile für eine detaillierte Untersuchung heraus zu greifen, ohne dabei den Gesamtzusammenhang aus den Augen zu verlieren. Diese Technik kann einmal bei der Analyse existierender Systeme angewendet werden, das heißt bei der deskriptiven Betrachtung. Dieselbe Technik lässt sich auch anwenden bei der konstruktiven, gestaltenden Arbeit an Systemen. 2. System

45 Aufgabe 1: Beschreiben Sie die Mensa der Universität Paderborn als System. Aufgabe 2: Auf welcher Stufe der Komplexität steht Ihr PC? Aufgabe 3: Gliedern Sie  diesen Hörsaal  die Stadt Paderborn  Ihren Laptop in Subsysteme und Teilsysteme. Zeigen Sie die Hierarchie Ihrer Gliederung, Elemente, Umsysteme, Beziehungen zwischen den Elementen. 2. System

46 Aufgabe 4: a.Definieren Sie ein System und nennen Sie die 3 Kategorien, durch die ein System beschreibbar ist. b.Beschreiben Sie ein System „Fahrradfabrik“ beispielhaft anhand der 3 Kategorien und grenzen Sie das System von der Umwelt ab. Verwenden Sie die Untersysteme Verwaltung, Wareneingang, Produktion und Versand. c.Erstellen Sie eine Systemhierarchie für die oben genannte Fahrradfabrik. Erweitern Sie das System um die Untersysteme: Einkauf, Verkauf, Konstruktion, Gebäudereinigung, Teilefertigung, Vormontage, Montage und Auslieferlager. Erläutern Sie Ihre Lösung. 2. System

47 Frage 5: Folgende Aussagen zum „System“ liegen vor: 1.Eigenschaften werden durch qualitative und/oder quantitative Parameter ausgedrückt. 2.Es werden nur die auf der jeweiligen Diskursebene relevanten Eigenschaften betrachtet. 3.Beziehungen stellen eine Ordnung unter den Elementen/Subsystemen her. 4.„Teilsystem“ ist nur ein anderer Name für Subsystem (oder Untersystem), aber sonst derselbe Sachverhalt. 5.Die Struktur eines Systems ist das abstrakte Gerüst der Elemente und ihrer Beziehungen. Was ist richtig?

48 2. System Frage 6: Folgende Aussagen zum „System“ liegen vor: 1.Ein System kann mit den Kategorien  Subsysteme/Elemente  Eigenschaften  Beziehungen zwischen den Subsystemen beschrieben werden. 2.Eigenschaften können nur messbare physikalische Größen sein. 3.„Umgebung“ heißt, dass ab hier die Systembeschreibung falsch sein darf. 4.Offene Systeme sind noch nicht fertig. 5.Ein geschlossenes System hat nur Beziehungen innerhalb der Systemgrenzen. Welche Aussagen sind richtig?

49 2. System Frage 7: In der Systemhierarchie unterscheidet man ausgehend von einem System Über- und Untersysteme. Welche Aussagen sind richtig? 1.Teilsysteme sind immer die feinste Detaillierung 2.Ein Element ist die feinste Detaillierung auf einer Diskursebene. 3.Ein Element kann in mehreren Subsystemen auftreten. 4.Ein Element kann in mehreren Teilsystemen auftreten.

50 2. System Frage 8: Welche Aussagen sind richtig? 1.Die Gebildestruktur kann als Matrix dargestellt werden. 2.Statische Systeme sind durch zeitlich konstante Elemente, Beziehungen, Eigenschaften gekennzeichnet. 3.Dynamische Systeme lassen sich nach  Determiniertem Ablauf  Zeitlich variabler Ablauf  Zeitlich variables Verhalten  Zeitlich variable Struktur differenzieren. 4.Offene Systeme sind grundsätzlich auf der niedersten Komplexitätsstufe angesiedelt. 5.Technische Systeme wie ein Computer oder ein Auto liegen auf der höchsten Komplexitätsstufe. 6.Die Mensa der Universität Paderborn lässt sich nicht als System beschreiben.

51 2. System Frage 9: Viele Nachschlagewerke enthalten einen circulus vitiosus, indem sie die Grundbegriffe ebenfalls definieren. Entscheiden Sie, ob es für die folgenden Wörter eines Wörterbuches einen Zirkel von Definitionen gibt und gebe diesen an: a)Leben b)Ursache c)Licht d)negativ e)Schönheit f)gleich g)Addition h)Division

52 2. System Frage 10: Geben Sie eine Definition der folgenden Begriffe. In jedem Fall ist zu entscheiden, ob der definierte Begriff als Grundbegriff zu betrachten ist oder nicht. Wenn nicht, so beschreiben Sie in groben Zügen eine Kette von Definitionen, die diesen Ausdruck mit den Grundbegriffen verbindet. a)Gleichschenkliges Dreieck b)Gleichseitiges Dreieck c)Rechteck d)Quadrat e)Parallele f)Schnittpunkt zweier Linien g)Gerade Zahl h)Ungerade Zahl i)Mittel aus zwei Zahlen j)Vater k)Sohn; l) Bruder; m) Onkel; n) Großonkel; o) Vetter


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