Asset Administration Shell – Mehrwert entlang der gesamten Wertschöpfungskette
Die Asset Administration Shell (kurz: „AAS“, dt. „Verwaltungsschale“) verknüpft Shop- und Officefloor und ist ein zentraler Baustein für die Industrie 4.0. Als standardisierter digitaler Zwilling ermöglicht die AAS eine verbesserte Transparenz und Effizienz über den gesamten Produktlebenszyklus, sowie eine nahtlose Integration und Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen. Auf Basis dieser Technologie können Unternehmen nicht nur ihre Prozesse optimieren, sondern auch innovative Geschäftsmodelle entwickeln.
Das Rückgrat
der Industrie 4.0
Die Asset Administration Shell ist mehr als nur eine Technologie – sie ist ein wesentlicher Treiber für die Digitalisierung in der Industrie 4.0. Die AAS stellt die digitale Repräsentation eines physischen oder virtuellen Assets dar. Sie agiert als „digitale Identitätskarte“ und ermöglicht die Integration in Industrie 4.0-Ökosysteme. Durch ihre Fähigkeit, die physische und digitale Welt zu verbinden, spielt die AAS eine zentrale Rolle bei der Überwindung von Herausforderungen, die mit der fortschreitenden Automatisierung und Vernetzung von Industrieanlagen einhergehen. Als einziger weltweit standardisierter digitaler Zwilling schafft sie eine einheitliche und sichere Kommunikationsplattform für alle beteiligten Systeme und ermöglicht so eine effizientere und transparentere Produktionsumgebung.
Die Revolution des
digitalen Zwillings
Die Technologie der Asset Administration Shell ist ein zentraler Baustein der Industrie 4.0. Sie entstand aus dem Bedürfnis, physische und digitale Assets in vernetzten Produktionsumgebungen eindeutig zu identifizieren, zu beschreiben und miteinander zu verknüpfen.
Ursprünglich konzipiert als „digitale Identitätskarte“ für industrielle Objekte, ermöglicht die AAS heute eine konsequente Standardisierung des digitalen Zwillings. Durch den Einsatz international anerkannter Standards wie ECLASS und Submodel Templates wird der digitale Zwilling nicht nur zu einem statischen Abbild, sondern zu einem dynamischen, interoperablen System, das nahtlos über Unternehmens- und Branchengrenzen hinweg eingesetzt werden kann.
Diese Standardisierung ist der Schlüssel zur globalen Interoperabilität:
Sie gewährleistet, dass Informationen und Daten über Assets einheitlich und präzise beschrieben werden, unabhängig von ihrer Herkunft oder dem verwendeten System. Damit wird ein unternehmensübergreifender Austausch von Daten ermöglicht, der für die zukünftige Vernetzung und Automatisierung in der Produktion unerlässlich ist. Die wichtigsten Standards und Datenmodellen sind Folgende:
Die Rolle der Industrial Digital Twin Association
Die IDTA spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Standardisierung der Asset Administration Shell. Sie agiert als Konsortium, das Unternehmen aus verschiedenen Industriezweigen vereint, um den Digitalen Zwilling weltweit als offenen Standard zu etablieren.
Die IDTA ist verantwortlich für die Spezifikation und Weiterentwicklung der Asset Administration Shell. Die AAS besteht aus verschiedenen Teilmodellen, die spezifische Aspekte eines Assets abbilden. Jedes Teilmodell beschreibt bestimmte Eigenschaften, Zustände oder Fähigkeiten des Assets. Diese Teilmodelle werden von der IDTA definiert und standardisiert, um eine einheitliche Sprache für alle Assets sicherzustellen.
Das ermöglicht eine reibungslose Integration und Kommunikation zwischen unterschiedlichen Systemen, was wiederum Effizienzsteigerungen und Kostensenkungen in der gesamten Wertschöpfungskette zur Folge hat. Außerdem können Unternehmen mit Hilfe dieser Modelle ihre Produktionsprozesse optimieren und den gesamten Lebenszyklus eines Produkts digital abbilden.
Die wichtigsten Teilmodelle
Das „Digital Nameplate“-Submodel ist das digitale Äquivalent des physischen Typenschilds eines Produkts. Es enthält grundlegende Informationen zur Identifikation eines Assets, ähnlich wie ein herkömmliches Typenschild auf einer Maschine oder einem Gerät. Typische Daten, die in diesem Modell enthalten sind, umfassen:
- Seriennummern
- Modell- oder Typenbezeichnungen
- Herstellerinformationen
- Produktionsdatum
Der Mehrwert dieses Modells liegt in der digitalen Bereitstellung und Zugänglichkeit dieser Informationen, was eine schnelle Identifikation und Verwaltung des Assets in digitalen Prozessen ermöglicht.
Das Submodel „Handover Documentation“ enthält alle Dokumentationen, die beim Übergang eines Produkts oder einer Maschine von einem Hersteller oder Lieferanten zum Kunden übergeben werden müssen. Dies kann beinhalten:
- Bedienungsanleitungen
- Wartungsanleitungen
- Sicherheitsdatenblätter
- Zertifikate und Prüfnachweise
Der Mehrwert dieses Modells liegt in der strukturierten und digitalen Bereitstellung aller relevanten Dokumente, was die Übergabeprozesse vereinfacht und die Compliance-Anforderungen unterstützt.
Das „Product Carbon Footprint“-Submodel bietet eine detaillierte Darstellung des CO2-Fußabdrucks eines Produkts über dessen gesamten Lebenszyklus. Hier werden Emissionen dokumentiert, die während der Herstellung, Nutzung und Entsorgung des Produkts entstehen. Typischerweise umfasst dieses Modell:
- CO2-Emissionen aus der Produktion (einschließlich Energieverbrauch und Rohstoffeinsatz)
- Emissionen während der Nutzungsphase
- Emissionen aus der Entsorgung und dem Recycling
Dieses Modell ist besonders wichtig für die Bewertung der Umweltauswirkungen und unterstützt Unternehmen dabei, nachhaltigere Produkte zu entwickeln und die Einhaltung von Umweltstandards zu gewährleisten.
Wie funktioniert das
in der Praxis?
Die Asset Administration Shell fördert den Austausch und das Zusammenführen von Daten über eine gemeinsame, digital zugängliche Plattform. Das ist entscheidend, da es die Zusammenarbeit zwischen einer Vielzahl von Akteuren wie Produzenten, Großhändlern und Endkunden ermöglicht.
Man kann die AAS auf verschiedene Arten zugänglich machen, z.B. über QR-Codes, die an den Geräten angebracht werden. Ein einfaches Scannen dieses QR-Codes führt direkt zur entsprechenden Verwaltungsschale im Web-Browser. Das erlaubt es Nutzern, schnell und einfach auf relevante Informationen, Bedienungsanleitungen u. v. m. zuzugreifen. In Unternehmensumgebungen kann die AAS über Systeme wie SAP integriert werden, wodurch eine direkte Verbindung zwischen den Betriebsdaten der Maschine und den Unternehmensanwendungen hergestellt wird. Die Betriebsdaten können über Sensoren und Aktoren direkt aus dem Prozess gewonnen werden. Die Datenaufnahme und Verarbeitung erfolgt in Echtzeit, so dass eine sofortige Analyse und Reaktion auf Zustandsdaten ermöglicht wird.
Je nach Funktionsumfang der AAS gibt es unterschiedliche Methoden, wie diese Informationen zwischen der AAS und den verbundenen Systemen ausgetauscht werden können. Diese Methoden reichen von einfachen Dateiübertragungen bis hin zu komplexen, autonomen Interaktionen. Die folgende Übersicht zeigt die drei Typen von AAS, die jeweils unterschiedliche Ansätze für den Informationsaustausch bieten:
Diese AAS bieten grundlegende Informationen, die in der Regel statisch sind, wie z. B. Identifikationsdaten und technische Dokumentationen. Der Informationsaustausch erfolgt über simple Dateiübertragungen.
Beispiel: Ein Drucksensor in einem pneumatischen System hat eine Typ 1 AAS, die die grundlegenden technischen Spezifikationen des Sensors enthält, wie Betriebsdruck, Temperaturbereich und Materialbeschaffenheit.
Typ 2 AAS bietet erweiterte Funktionalitäten durch den dynamischen Datenaustausch über APIs. Diese AAS ermöglicht es, Echtzeitinformationen wie Betriebszustände und Diagnosedaten abzurufen und auf diese zu reagieren.
Beispiel: Ein intelligentes Steuergerät in einem industriellen Energieverteilungssystem hat eine Typ 2 AAS, die es ermöglicht, über eine API Echtzeitdaten zum Stromverbrauch und zur Netzstabilität abzurufen und diese Daten zur Optimierung des Energieverbrauchs zu nutzen.
Die fortgeschrittensten AAS bieten interaktive Funktionen, wie Steuerungs- und Überwachungsmöglichkeiten, die eine direkte Interaktion mit dem Asset ermöglichen. Diese Typen kommunizieren ohne menschliches Eingreifen über eine Industrie 4.0-Sprache und können selbstständig Entscheidungen treffen, sowie Aktionen basierend auf den erfassten Daten durchführen.
Beispiel: Ein autonomer Roboterarm in einer Produktionslinie könnte eine Typ 3 AAS haben, die es dem Roboter ermöglicht, selbstständig Wartungsmaßnahmen zu planen und durchzuführen, indem er seine eigenen Betriebsdaten überwacht und mit anderen Maschinen im Netzwerk kommuniziert.
Wertschöpfung über den gesamten Produktlebenszyklus
Die Asset Administration Shell spielt eine zentrale Rolle in der digitalen Transformation der Industrie, indem sie über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg eine durchgängige und nahtlose Wertschöpfung ermöglicht. Durch die standardisierte digitale Repräsentation eines physischen Assets werden Informationen und Daten zu einem Produkt von der Herstellung bis hin zum Endkunden kontinuierlich und effizient bereitgestellt.
Ein wesentlicher Aspekt dieser kontinuierlichen Wertschöpfung ist die Unterscheidung zwischen Typ- und Instanz-AAS, die unterschiedliche Abstraktionsebenen abbilden und sich in der Phase vor und nach dem Verkauf eines Assets unterscheiden.
Die Beziehung zwischen Typ- und Instanz-AAS sollte kontinuierlich gepflegt werden. Sie ist entscheidend für die Skalierbarkeit und Konsistenz in der Produktion. Die Typ-AAS wird in der Pre-Sale-Phase, also vor dem Verkauf des Assets, verwendet. Sie ermöglicht es Unternehmen, standardisierte Informationen für Assets des gleichen Typs effizient zu verwalten und zu reproduzieren. Nach dem Verkauf, in der Post-Sale-Phase, entsteht aus der Typ-AAS die jeweilige Instanz-AAS für das verkaufte und spezifische Asset. Diese sorgt dafür, dass jedes einzelne Asset über seinen Lebenszyklus hinweg optimal überwacht und gewartet wird.
Unternehmen profitieren von dieser Struktur durch verbesserte Effizienz, da sie schnell auf Änderungen reagieren und dabei Kosten sparen können. Zudem ermöglicht diese Verbindung ein optimales Lebenszyklus-Management der Assets, was langfristig die Wettbewerbsfähigkeit steigert.
Eine Typ-AAS definiert die allgemeine Struktur und die standardisierten Eigenschaften eines Asset-Typs. Sie fungiert als Vorlage, die festlegt, welche Daten und Funktionen für alle Instanzen eines bestimmten Typs verfügbar sind. Diese AAS wird in der Regel während der Produktentwicklung erstellt und enthält grundlegende Informationen, die für alle Einheiten dieses Typs gleich sind.
Beispiel: Ein Hersteller von elektrischen Schaltanlagen erstellt eine Typ-AAS für seine Niederspannungsschaltanlagen. Diese Typ-AAS enthält Informationen wie die allgemeinen technischen Spezifikationen, standardisierte Installationsanweisungen und Sicherheitsrichtlinien. Jede Schaltanlage dieses Typs, die produziert wird, basiert auf dieser Typ-AAS.
Eine Instanz-AAS ist eine konkrete Ausprägung der Typ-AAS und bezieht sich auf ein spezifisches, individuelles Asset. Sie entsteht nach dem Verkauf in der Post-Sale-Phase und enthält individuelle Daten, die während der gesamten Lebensdauer des Assets gesammelt werden, wie z.B. Seriennummer, spezifische Konfigurationen, Wartungshistorien und Echtzeitdaten.
Beispiel: Eine spezifische Niederspannungsschaltanlage, die in einer Produktionslinie installiert wird, erhält eine Instanz-AAS. Diese Instanz-AAS dokumentiert die Seriennummer, den genauen Installationsort, spezifische Konfigurationen und Betriebsdaten wie die aktuellen Leistungsparameter und Wartungshistorien.
Diese durchgängige Datennutzung führt nicht nur zu einer höheren Effizienz und Genauigkeit in der Wertschöpfungskette, sondern ermöglicht auch die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und die Verbesserung des Kundenservice. Das folgende Szenario verdeutlicht exemplarisch, wie die AAS in unterschiedlichen Phasen des Produktlebenszyklus zum Einsatz kommt und welchen konkreten Nutzen sie für die jeweiligen Beteiligten bringt.
Anwendungsszenario:
Die AAS im Einsatz
01 Hersteller | Automatech GmbH
Die Automatech GmbH ist ein führender Hersteller von industriellen Steuerungsmodulen. Um die Qualität und Zuverlässigkeit ihrer pneumatischen Steuerungsmodule sicherzustellen, implementiert Automatech eine Typ-AAS für jedes dieser Module. Diese Typ-AAS definiert die allgemeine Struktur und die standardisierten Eigenschaften des Moduls, wie z.B. technische Spezifikationen und Bedienungsanleitungen, die für alle Module dieses Typs gleich sind.
Mehrwert:
02 Großhändler | TechDistributor AG
Die TechDistributor AG, ein Großhändler für industrielle Komponenten, übernimmt die Produkte der Automatech GmbH und ergänzt die AAS um logistische Daten wie Lagerbestände, Bestellstatus und Versandinformationen. Jede Instanz-AAS stellt sicher, dass diese spezifischen Informationen für jedes Modul individuell verwaltet und nachverfolgt werden können, was eine präzise und effiziente Logistik ermöglicht.
Mehrwert:
03 Systemintegrator | ProSys Integrations GmbH
ProSys Integrations GmbH, ein spezialisierter Systemintegrator, erwirbt die Module der TechDistributor AG und integriert sie in ein fortgeschrittenes Fertigungssystem bei dem Automobilhersteller AutoAssembly GmbH. ProSys erweitert die bestehende Instanz-AAS der Module um spezifische Konfigurationsdaten und fügt zusätzliche Anwendungsfälle hinzu.
Mehrwert:
04 Endkunde | AutoAssembly GmbH
Der Endkunde AutoAssembly GmbH erhält das vollständig integrierte und individualisierte System der ProSys Integratiocns GmbH. Die finale Instanz-AAS wird genutzt, um spezifische Überwachungs- und Wartungsdaten zu integrieren, die auf die Anforderungen der AutoAssembly GmbH zugeschnitten sind.
Mehrwert:
Einsatzszenarien der Asset Administration Shell
Materialmaster
AAS ermöglichen die automatische Aktualisierung von Materialstammdaten, wodurch Fehlerquellen reduziert und die Datenqualität verbessert werden. Der nahtlose Datenaustausch zwischen ERP-Systemen und anderen Quellen erhöht die Effizienz, indem Medienbrüche vermieden werden, und verbessert die Dokumentationsprozesse.
Digitaler Produktpass
AAS bereiten Unternehmen auf die Einführung des digitalen Produktpasses vor, der ab 2027 in der EU verpflichtend wird. Sie unterstützen Nachhaltigkeitsziele, indem sie u. a. Informationen zur Wartung und Reparatur bereitstellen, was die Lebensdauer von Produkten verlängert und Abfall reduziert. Der digitale Produktpass macht diese Daten für Kunden zugänglich und fördert die Kreislaufwirtschaft durch erhöhte Transparenz.
Dokumentation
Asset Administration Shells ermöglichen die effiziente Verwaltung großer Datenmengen, indem sie Informationen zentral sammeln und verteilen. Sie dokumentieren Materialien und Prozesse lückenlos, was zur Qualitätssicherung, Rückverfolgbarkeit und Einhaltung gesetzlicher Vorgaben beiträgt. Die digitale Verwaltung ersetzt Papierdokumentation, erhöht die Transparenz und reduziert den Arbeitsaufwand.
Ökologischer Fußabdruck
AAS ermöglichen eine präzise Messung des ökologischen Fußabdrucks von Produkten, indem sie Echtzeitdaten aus der Produktion nutzen. Dies erhöht die Transparenz entlang der Lieferkette und unterstützt die Nachhaltigkeit durch standardisierte Bewertungen gemäß dem Greenhouse Gas Protocol.
Onboarding und Verwaltung von Maschinen
Die Implementierung von AAS vereinfacht das Onboarding und die Verwaltung von Maschinen, indem sie umfassende Daten zu verbauten Teilen und Lieferanteninformationen bereitstellt. Dies verbessert die Qualitätssicherung und ermöglicht eine effizientere Nachverfolgung und Verwaltung von Prozessen.
Transparenz & Resilienz in der Logistikkette
AAS ermöglichen eine präzise Standortverfolgung und Vorhersage von Ankunftszeiten durch die Integration von Trackingstandards wie Omlox. Sie verbessern die Transparenz der gesamten Logistikkette und unterstützen die Optimierung von Logistikprozessen. Mithilfe von künstlicher Intelligenz können Unternehmen Engpässe und Verzögerungen frühzeitig erkennen und ihre Resilienz gegen unvorhergesehene Ereignisse stärken, was zu einer effizienteren Lieferkette führt.
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Asset Administration Shells
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FAQ Asset Administration Shell
Die Asset Administration Shell (AAS) ist eine digitale Identitätskarte eines Assets, sei es eine Maschine, ein Produkt oder eine Software. Sie ermöglicht die Einbindung dieser Assets in Industrie 4.0-Kommunikationsnetze und stellt standardisierte Schnittstellen bereit, die den Zugriff auf alle relevanten Informationen eines Assets über dessen gesamten Lebenszyklus erlauben.
- Digitale Repräsentation
Die Verwaltungsschale stellt eine strukturierte, digitale Beschreibung eines Assets bereit, die alle relevanten Informationen und Daten enthält. Dazu gehören technische Spezifikationen, Betriebsdaten, Wartungsinformationen und mehr. - Interoperabilität
Durch standardisierte Schnittstellen und Protokolle ermöglicht die Verwaltungsschale die Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen und Komponenten, unabhängig von Herstellern oder Technologien. - Lebenszyklusmanagement
Die Verwaltungsschale unterstützt das Management des gesamten Lebenszyklus eines Assets, von der Planung und Produktion über den Betrieb bis zur Entsorgung. Alle Lebenszyklusdaten können zentral erfasst und verwaltet werden. - Datenzugriff und -austausch
Sie ermöglicht den sicheren und kontrollierten Zugriff auf die Daten des Assets sowie den Austausch dieser Daten mit anderen Verwaltungsschalen oder Systemen, z.B. zur Optimierung von Produktionsprozessen. - Integration in IoT und Industrie 4.0
Die Verwaltungsschale ist ein Kernbaustein für IoT- und Industrie 4.0-Anwendungen. Sie ermöglicht die Anbindung an digitale Plattformen, Cloud-Dienste und andere smarte Technologien. - Funktionale Erweiterbarkeit
Die Verwaltungsschale kann durch sogenannte Submodelle flexibel erweitert werden. Diese Submodelle können spezifische Aspekte eines Assets abdecken, wie etwa Energieverbrauch, Produktionskapazität oder Sicherheitsanforderungen. - Zustandsüberwachung und Diagnostik
Die Verwaltungsschale unterstützt die kontinuierliche Überwachung des Zustands eines Assets und kann Diagnosedaten bereitstellen, um frühzeitig auf Wartungsbedarf oder Störungen reagieren zu können. - Standardisierung und Compliance
Sie gewährleistet die Einhaltung von Industriestandards und Normen, was die Integration in bestehende Systeme erleichtert und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Partnern und Systemen unterstützt. - Verbindung von physischen und digitalen Welten
Die Verwaltungsschale schafft eine Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt, indem sie digitale Zwillinge ermöglicht und die physische Realität mit digitalen Modellen verknüpft.
Die AAS-Technologie ist bahnbrechend, weil sie als einziger standardisierter Digitaler Zwilling eine branchen- und lieferkettenübergreifende Interoperabilität ermöglicht. Dies sorgt für eine einheitliche Interpretation und Verarbeitung von Daten und fördert die effiziente und sichere Kommunikation zwischen verschiedenen Systemen und Unternehmen.
- Integration und Verwaltung: Die AAS bietet eine nahtlose Integration und Verwaltung von Produktinformationen
- Effizienz: Durch klare Datenstrukturen und konsistente Datenhaltung wird eine effizientere Nutzung und Verwaltung von Ressourcen ermöglicht.
- Standardisierung: Ermöglicht die Nutzung internationaler Standards (z.B. IDTA, ECLASS), wodurch Interoperabilität und Datensicherheit gewährleistet werden.
- Flexibilität: Unterstützt dynamische Anpassungen in der Produktion und die kosteneffiziente Herstellung individualisierter Produkte (Losgröße 1).
- Transparenz: Bietet eine hohe Transparenz durch Echtzeitdaten und Rückverfolgbarkeit über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts.
- Nachhaltigkeit: Unterstützung der Kreislaufwirtschaft durch umfassende Nachverfolgbarkeit von Produktinformationen und Ökobilanzen.
Die AAS ermöglicht eine effiziente Verwaltung und Nutzung von Ressourcen, indem sie standardisierte Schnittstellen für den Zugriff auf alle relevanten Informationen eines Assets über dessen gesamten Lebenszyklus bereitstellt. Dies führt zu einer klaren Datenstruktur und konsistenten Datenhaltung. Mit der AAS können Unternehmen:
- Produktionsprozesse optimieren: Echtzeitdaten ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung und Anpassung der Produktionsprozesse, um Engpässe und Ineffizienzen zu identifizieren und zu beheben.
- Fehler und Ausfallzeiten reduzieren: Durch präventive Wartung und frühzeitige Fehlererkennung auf Basis der gesammelten Daten können Unternehmen Ausfallzeiten minimieren und die Lebensdauer ihrer Assets verlängern.
- Datenkonsistenz sicherstellen: Eine einheitliche und standardisierte Datenstruktur reduziert Fehler durch manuelle Dateneingabe und erleichtert die Integration in bestehende Systeme.
Verwaltungsschalen können in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden, darunter:
- Digitaler Produktpass: Bereitstellung aller relevanten Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts.
- Ökologischer Fußabdruck: Messung und Reduktion der CO2-Emissionen eines Produkts.
- Condition Monitoring: Laufende Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen.
- Dokumentation und Qualitätssicherung: Verwaltung und Nachverfolgung von Produktionsinformationen und -prozessen.
Die AAS unterstützt die Kreislaufwirtschaft, indem sie eine umfassende Nachverfolgbarkeit von Produktinformationen und Ökobilanzen gewährleistet. Dies trägt entscheidend zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen bei, indem Unternehmen:
- Ressourcen schonen: Durch die detaillierte Dokumentation und Nachverfolgbarkeit der verwendeten Materialien und Komponenten können Unternehmen den Ressourceneinsatz optimieren und den Materialverbrauch reduzieren.
- Recycling fördern: Die AAS bietet vollständige Transparenz über die Materialien und Komponenten eines Produkts, was das Recycling und die Wiederverwendung von Materialien erleichtert.
- Nachhaltige Produktion unterstützen: Unternehmen können die Umweltauswirkungen ihrer Produkte besser verstehen und Maßnahmen ergreifen, um ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren.
- Regulatorische Anforderungen erfüllen: Die AAS erleichtert die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben wie dem Digitalen Produktpass, der ab 2027 in der EU verpflichtend wird, indem sie alle relevanten Informationen digital verfügbar macht.
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Leon Hinger
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