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研究分享 | 一种针对健康养老陪护产品设计方案的综合评价方法

导语」Introduction

湖北工业大学信息与交互设计研究所专注信息与交互设计研究,传播前沿设计理念,分享优质交互设计资讯。
今天与大家分享《一种针对健康养老陪护产品设计方案的综合评价方法》。


一种针对健康养老陪护产品设计方案的综合评价方法

胡珊、贾琦、符凯杰、蒋旭

湖北工业大学工业设计学院,武汉 430068


摘要」Abstract

健康老龄化和智能化融合发展趋势下,陪护产品成为健康养老的新手段,养老生活的健康程度不仅在于老年人生理、心理健康的提升,更在于生活的便捷性和信息化的提升,正确的评价方法可帮助设计人员选择出最优的设计方案,降低老年人在生活中的使用障碍。为减小智能陪护产品设计方案选择过程的主观性和片面性,使决策更为客观合理,从而提升老年人使用智能产品的体验感和自然性,增强老年人养老生活的健康程度,提出一种新的综合评价方法。首先运用扎根理论分析大量用户访谈资料并提炼理论模型作为评价指标,其次运用基于博弈论赋权的思想,将模糊层次分析法(FAHP)求出的主观权重与熵权法求出的客观权重进行线性组合优化,确定各项评价指标的最终权重,最后依据逼近理想解排序法(TOPSIS)确定的方案排序完成评价与优选。将其应用于老年陪护机器人设计方案优选中,同时利用SUS量表进行可用性测试,以此验证优选结果。结果显示:新的综合评价方法可以较好地完成健康养老陪护产品设计方案的优选,减小了评价的主观性和片面性。该方法不仅对传统评估方法进行了修正,而且也为健康养老陪护产品的研究学者提供理论借鉴,一定程度上促进健康养老事业的发展。


关键词」Keywords

智慧养老;产品方案决策;综合评价法;博弈论组合赋权;扎根理论; TOPSIS法


正文」Text

1  引言

随着人口结构的变化,中国社会从轻度老龄化走向中度老龄化,随之而来的健康养老成为社会关注的重点。依托信息化技术的成熟与普及,智慧养老作为新的理念被广泛运用到养老领域,其目的是利用智能产品帮助老年人提升生活的便捷性和信息化,实现健康养老。如杨菊华[1]对智慧康养概念的引入和发展进行了总结和阐述,并发现通过智能平台和产品的普及应用,可以增强老年人自我保健的可能性,减轻养老负担。Anghel , I 等[2]调查到智能环境,机器学习和机器人辅助等智能技术可以为老年人的独立生活提供支持,并提供友好的护理服务,使老年人更安全,更独立的健康养老。与此同时,对老年智能产品的研究越来越多,分别从产品用户需求、产品方案构思、产品开发、可用性测试和用户接受度等方面进行研究。如Neira-Rodado, D等[3]鉴于不断变化的需求、模糊的用户要求以及设计标准之间的相互关系,提出新的智能产品设计流程,将用户需求转化为产品特性,并采用老年人髋关节置换手术辅助装置进行验证。Wei, W等[4]对预防老年糖尿病的智能穿戴健康监测产品进行调研,包含用户信息源渠道、对产品的担忧和满意度,并通过大量实验形式的评估对所提方案进行验证,以解决所述问题。Daher, M[5]等开发了基于智能瓷砖的老年人室内跟踪和跌倒检测系统,检测老年人的跌倒、定位并识别人类活动,在需要时提供必要的帮助。Kim, SC 等[6]从安全性、可控性、效率和满意度四方面制定了老年人通信服务机器人的可用性测试标准,是帮助老年人服务机器人的用户和开发者的良好衡量工具。Ghorayeb A 等[7]讨论了老年人对智能家居技术的看法,并开发了用于家庭健康和生活方式的传感器平台,发现老年人接受度随着时间和使用而增加。除此外,从设计方案种优选出满足老年人需求的智能产品也十分重要。
在信息技术产品设计阶段,设计人员虽然可以针对需求生成多种设计方案,但往往无法在多种方案中客观合理地决策优选出最符合需求的设计方案,导致最终产品不符合老年人的认知行为习惯,降低老年人的健康生活质量,从而无法实现健康老龄化。同时健康老龄化体现在日常的方方面面,通过设计解决老年人一个又一个需求,但不仅是使老年人的需求得到满足,更应该通过设计方案的优选使其符合个人期待。产品设计方案的优选决策是整体设计过程中的重要环节,可以降低设计盲目性,提升客观性及科学性[7]。评价结果可以影响到产品的价值、性能甚至企业的生产成本[8],最终影响到老年用户以及他们的日常生活。设计方案的优选涉及多准则、多目标,在实际设计决策过程中,设计人员对方案的评价优选往往依据个人经验,缺乏统一标准,同时还需考虑老年人为特殊人群,产品需减小其认知难度。因此,众多学者根据实际,同时借鉴运筹学、管理学、数学等其它学科知识研究评价方法,主要有层次分析法[9-11]、熵权法[12-14]、TOPSIS法[15-17]、综合评价法[18-20]等不断试验并总结。综合上述文献,众多学者在运用评价方法时对于评价指标和评价体系的确立常采用专家访谈、问卷法等研究方法,指标的得出往往基于研究者的直接归纳总结,主观性较强,无理论支持,片面性较大,评价指标的确立缺乏定性研究方法的指导;权重值计算过程中往往采用单一计算方法,即使是组合赋权法在将主客观权重进行组合时采用的也是常规的乘法归一化[21]、主观偏好系数线性加权等方法,如此会使权重值出现大的更大、小的更小的倍增效应问题,存在主观随意性,最终对于评价结果造成偏差。
面对现有评价方法的不足,了解到扎根理论及博弈论组合赋权。扎根理论是一种自下而上的质性理论研究方法,也是定性研究方法中较为科学的一种[22]。研究开始阶段研究者不进行理论假设,直接从实际观察入手,从系统收集的资料中找到代表事物本质的核心概念,其特点不在于它的经验性,而在于它于经验事实中抽象出的新概念和思想。越来越多的学者将扎根理论运用于各领域的定性研究中,如Goodall K T等[23]利用扎根理论研究“居家养老”的老年人如何寻找健康信息以及数字技术在其中发挥的作用;Seesawang J等[24]运用扎根理论建立了关于泰国农村地区老年男性高血压患者的风险认知经验的理论;王昌[25]等将其应用于智慧医养需求影响因素研究中。除此之外,扎根理论采用半结构化访谈法,具有一定的自由性和开放性,且不受已有观点的影响,能够发现当前的理念或理论中被忽略的因素,一定程度上可以将依赖经验的归纳总结进行科学化、客观化。同时,近年来不少学者提出使用两种或多种评价方法结合进行组合赋权,避免单一方法确定指标权重时过于片面而没有参考价值,博弈论组合赋权便是其中一种,被众多学者广泛运用于综合评价中。如门业堃[26]等将其用于电力设备供应商的评价决策提供参考;耿秀丽[27]等将其用于分析顾客需求间的关系。博弈论组合赋权采用缩小主客观权重偏差的思想将两者的优势充分结合,一定程度上提高科学合理性,既避免了主观赋权存在主观随意性问题,又避免了客观赋权只依据固有信息而不凸显指标之间相对重要性的问题。
综上所述,我们发现众多学者关注的是产品开发,多为产品开发前的构思研究以及开发过程的方法研究,较少的学者关注产品方案的评估阶段,而产品设计方案的评估关系到方案优选,价值最大化,评估的不准确以及未进行方案的筛选会造成生产的盲目性,影响产品性能甚至不符合用户需求。除此之外,设计人员没有客观的评估决策模型作为方案筛选的参照,使得设计人员决策时存在模糊主观性,导致结果不理想。因此,建立客观的评估决策模型并应用到智能陪护产品方案的筛选中是非常必要的,文中欲应用扎根理论以及博弈论组合赋权,改善指标确定过程的主观性以及指标赋权的偏差,之后利用TOPSIS法进行方案优选决策,以求提出一种将质性研究方法和定量研究方法相结合的新综合评价方法,提高评价的客观性、科学性,为企业以及设计人员提供理论借鉴,帮助其决策评价出最优方案,更好地服务于老年人,提升用户体验感和养老生活健康度。
   

2 方法

2.1 理论概述

2.1.1扎根理论

扎根理论(Grounded Theory)由社会学家GLASER和STRAUSS[28]于1967年提出,其主旨是基于经验资料建立理论,对半结构化访谈得到的资料进行归纳并逐步提炼,然后上升到系统的理论,从而抽象出能够反映事物本质的核心概念[29]。其流程是问题选择、收集资料、分析资料、建立理论、检验理论饱和度、形成结论。开放式、主轴式、选择式编码是形成理论的3个关键步骤,当理论饱和度未达到标准时则需再进行资料收集并分析验证。

2.1.2博弈论组合赋权

博弈论组合赋权是根据博弈集结模型思想,协调不同决策者之间的冲突并寻求一致性,减少权重之间的离差,增加权重的准确性[30]。该方法能够将主客观赋权的优势结合,以纳什均衡作为协调目标寻找主、客观权重之间的一致和妥协,并寻找指标间的最大化共同利益。能同时兼顾主、客观权重,对其进行组合优化,提高指标赋权的科学合理性。不仅考虑指标固有信息而且减少了主观随意性,避免权重值过于片面。

2.2 综合评价方法构建

由于文章主要为方法研究,并未涉及人体研究,只是在社会调查时有人类参与,但其均为志愿者,且数据收集时均为匿名,加上作者属地未有伦理道德委员会机构,因此研究中未有伦理道德侵犯问题。文中提出的新综合评价方法的评价过程分为两部分,面向评价对象首先要着重考虑老年人的认知能力、需求及影响健康养老因素的复杂性及模糊性,之后基于扎根理论将半结构化访谈资料进行归纳、分析并逐级编码提炼出评价指标,构建相应的评价层级体系,然后利用主观赋权的模糊层次分析法和客观赋权的熵权法分别求出主客观权重,最后运用博弈论组合赋权对两种权重进行线性组合优化得出综合权重并依据TOPSIS法进行方案的优选决策。评价决策模型构建如图1所示。
   

图1 综合评价决策模型

   

2.2.1 基于扎根理论建立评价层级及指标

评价准则及指标的建立是基于扎根理论对原始资料进行深入分析,提炼归纳隐藏其中的规律以及联系,从而形成理论即评价层级和指标。访谈对象的选择应具有代表性和广泛性,最好经常接触被评价对象且配合意愿强烈,保证资料收集的全面性。
访谈之前需制作出半结构式访谈提纲,然后进行深度访谈,过程中应尽量处于自然情境中,让受访对象自愿且不会对其生活和行为造成影响的前提下参与访谈,这样可以保证研究的可信度。访谈结束后对访谈内容进行整理并转化为文本形式作为译码原始资料。利用计算机辅助软件Nvivo12进行开放性译码、主轴性译码、选择性译码,形成理论后在进行饱和度检验,若未找出新的概念则证明理论饱和度达标,此时即建立出评价层级及指标,包含目标层,准则层集合,子准则层集合。

2.2.2 综合权重计算

三角模糊层次分析法(Triangular fuzzy analytic hierarchy process,TFAHP)是在层次分析法(Analytic hierarchy process,AHP)的基础上引入三角模糊数集,将定性指标评价过程中具有的模糊性转化为相应的模糊数进行量化,确定各指标的主观权重,使得各指标在最终权重排序时有一定的弹性调整空间,既保留了AHP的优点,又避免了人类思维的模糊性带来的评价不准确以及一致性检验导致的结构冗余。
熵权法的基本思想是根据指标差异程度的大小来确定客观权重。差异程度即指标熵权的大小,评价指标的熵权越大,则该指标对产品评价的贡献程度越大。

2.2.2.1 三角模糊层次分析法确定主观权重

首先,针对目标层将评价准则进行两两比较评分构建模糊互反判断矩阵。要求评判人员采用1- 9比例标度进行评判裁定,其定义项的量化及含义见表1。三角模糊层次分析法的一般过程如下[31-32]:


   

(2)由z位专家对各方案每一层次的准则进行打分,采用德尔菲法[33]将数据汇总处理,建立层模糊互反判断矩阵。假定打分人员具有相近水平的知识量以及判断力,则采用算数平均的方法综合评分信息,因此可得到层的综合模糊互反判断矩阵:



   

   

   
   

(4)权重值计算。去模糊化处理之后,开始计算各矩阵的权向量,由于计算步骤为常见计算方法,具体过程参考文献[34]。

(5)一致性检验。由于人类思维的模糊性、局限性以及评判事物的复杂性,在评判过程中决策人员给出的判断可能存在前后不一致的问题,因此需要检验矩阵的一致性,平均随机一致性准则的选取、以及一致性比率的计算步骤参考文献[35]。

2.2.2.2 熵权法确定客观权重

利用熵权法确定客观权重时,采用熵权系数法来计算。一般过程如下[36]:
(1)为了表示不同决策者对评价指标的评价差异程度,用以下式子来计算评价属性的熵:



   

   

   
   
(3)由熵权系数法采用式(5)-(6)计算出客观权重。

2.2.2.3 基于博弈论组合赋权

基于博弈论的组合赋权法是将主、客观权重进行离差极小化,寻找指标间的最大化共同利益。步骤如下[37]:
   

   

   

   

   

3 结果和分析

智慧养老目的是为利用智能产品来帮助老年人健康养老,并以数据共享和隐私保护为原则[40]。老年人群需要更多的关怀和陪伴,而儿女们无法时刻陪伴于老人身边,这样陪伴型的智能产品则可提升老年人的幸福感,帮助他们更便捷地生活,促使养老生活的健康程度增加。本文选取了由项目组设计的老年智能陪护机器人三个方案作为评价对象,如图2所示,利用文中提出的新综合评价方法对其作出优选排序。



   

图2 设计方案


3.1 建立评价层级及指标

3.1.1用户样本选择

考虑到老年人为特殊人群,其信息素养以及表达能力弱,因此访谈对象的选择应具备广泛性,最终选择30名老年人作为本次研究的访谈对象,其中包含不同性别(男16,女14)、不同年龄段(55-60为10人;61-65为14人;66-70为6人)、不同文化程度(小学及以下、初中以上大专以下、本科学历以上)、对智能陪护产品不同熟悉程度(偶尔使用、较熟悉、经常使用),访谈时间均为20~30min。

3.1.2原始资料收集

遵循2.1节所提出的访谈规则,依据半结构化访谈提纲(表3)对30位老年人进行深度访谈[41],访谈过程中适时鼓励其畅所欲言,但不能诱导,征得访谈对象同意后采用录音的方式进行记录。



   

3.1.3开放式译码

将录音转化为文本,利用Nvivo12软件进行辅助译码分析。开放式译码的过程是将原始资料进行概念化,以客观的态度同时避开已有研究和个人因素的影响对原始资料逐字逐句分析并提炼出概念和范畴。通过对原始资料的不断归纳、分析及提炼,文中最终得到17个范畴。开放式译码过程见表4。

3.1.4 主轴式译码

主轴译码是为了进一步归纳、提炼相互独立的概念和范畴,从而得出研究问题的主范畴。经过对开放译码得到的18个范畴进行多次推敲并整理、条目化,最终提炼出5个主范畴,分别是人机交互、产品设计、反馈方式、用户体验。主轴式译码过程见表5。

3.1.5 选择式译码

以逻辑关系为出发点,挖掘其之间的路径关系、结构关系及内涵,开放式译码过程见表6。选择性译码之后需对其结果进行理论饱和度检验,利用实现预留的5份原始数据按照上述过程进行三级编码,未产生新概念及范畴,据此可知理论饱和。



   

   

   
   

3.1.6 理论模型建立

通过上述研究过程可知,影响老年用户对智能陪护产品满意度的因素有4个即主范畴,因此4个主范畴与17个副范畴即可作为设计方案优选决策的评价指标并构建评价层级。老年智能陪护产品评价层级模型如图5所示。



   
   

3.2 确定各方案中指标的组合权重

3.2.1三角模糊层次分析法求主观权重

为了确定每个评价标准的主观权重,我们挑选了五位陪护产品研究领域的专家进行统一评价,其中有来自国内高校的教授,专门从事老年保健研究、智能产品设计和导视设计研究,从事教学行业20年以上。有两位是设计师总监,从事智能监控和陪护产品的设计和开发,有10年左右的产品设计和开发经验。根据式(1)-(2)采用1-9比例标度完成模糊打分之后,得到模糊互反判断矩阵,根据式(3)对所有评价人员的评分进行汇总整理,得到所有的综合模糊互反判断矩阵。
根据式(4)进行去模糊化处理并计算出准则层各评价指标的权重值,然后对各判断矩阵进行一致性检验,得到最终的评价指标权重以及各判断矩阵的一致性比率,结果见表7-表11。
   

   
   

3.2.2 熵权系数法求客观权重

再次邀请上述3位专家对3个方案的17个评价指标采用表2的语言变量模糊数进行评价,构建初始评价决策矩阵,根据式(7)将多个评价人员的评价值集合后得到各方案的综合评价值。根据式(8)采用均值面积法进行解模糊处理,并根据式(9)进行归一化处理得到最终综合评分,见表12。之后根据式(5)-(6)求熵值和客观权重,见表13。


   

   
   

3.2.3 基于博弈论组合赋权求组合权重

根据式(10)-(12)将主、客观权重进行线性优化组合得到各指标组合权重,三种权重值及对比如附表S5和图7所示。从对比图可以看到,基于博弈论的组合赋权明显结合了两种赋权方法的优势,使最终权重较为稳定、客观。
   

   

   

图6 三种权重值对比图

3.3 构建加权标准化决策矩阵

根据式(13)将熵权系数法求客观权重中构建的初始决策评价进行无量纲化处理,得到标准化决策矩阵,然后根据式(14)将矩阵转化为加权标准化决策矩阵,见表15。


   
   

   

   
   
通过判断的值,的值越大,表明该方案与正理想解的距离越近,与负理想解的距离越远,则该方案越好。通过表16可以发现方案2明显优于其它两款方案。

3.4 可行性评估

为验证评价结果是否正确合理及评价方法是否切实可行,研究学者常采用一些标准化问卷进行用户体验度量,以此验证评价结果的合理性,国际通用的主流标准化问卷:用户交互满意度问卷(Questionnarie for User Interaction Satisfaction,QUIS)[42]、整体评估可用性问卷(Post-Study System Usability Questionnaire ,PSSUQ)[43]、系统可用性量表(System Usability Scale,SUS)[44]等,采用标准化问卷进行可行性检验,不仅可以判断评价结果的正确性,而且可以通过用户反馈了解优选得到的方案对老年人养老生活健康程度的是否切实有效。将上述3个方案制作为功能样机,如图7-图9,选取武汉市某老年大学的100名有使用智能产品经验的老年人对其进行实验验证,这100名参与者包括不同性别(男性54人,女性46人),不同年龄段(55-65岁51人;66-75岁42人;76岁以上7人),以及不同的教育水平(义务教育水平26人,高中教育水平32人,大学以上教育水平42人),不同的智能产品服务年限(1年以下3人,2-5年38人,5年以上59人)。这些老年人皆为志愿者,实验也属于社会调查的范畴,同时作者也未对这些老年人展开人体研究,数据收集皆为匿名,所以不涉及伦理道德侵犯。要求100名老年用户分别使用3款功能样机,并在使用后根据体验填写PSSUQ问卷。利用该问卷将3款居家康养陪护机器人进行比较,通过用户对3款产品的满意度验证评价结果。



   

图7 方案一



   

图8 方案二



   

图9 方案三

PSSUQ 是用于评估用户对计算机系统、产品或应用程序所感知的满意度,与评估用户对陪护机器人用户满意度的目标相一致,问卷样式参考S1表。问卷采用“李克特7级量表”进行评分,非常不同意为1分,非常同意为7分。整体评估可用性问卷有整体、系统质量、信息质量和界面质量四个指标。每个指标取其对应题项集合的平均值,分数高表示更高的满意度,反之则代表更低的满意度。
问卷共发放100份,通过筛选后最终得到有效问卷94份。通过SPSS26.0计算问卷的α系数为0.991,表明问卷可信度较高,符合要求。将3个方案的整体、系统质量、信息质量和界面 质量四个指标进行对比分析,图10显示方案2得分明显高于其它两款方案,结果与运用博弈论组合赋权和TOPSIS法得到的结果一致,表明上述方法应用于康养智能产品设计的评价上是可行的,同时根据100名老年用户的使用反馈,皆表示方案2比其它两款方案更适合使用,在生活中更能带来便利,促进心理及生活健康。



   

图10 3个方案PSSUQ评估得分


4 讨论

关于老年人的研究,目前很多学者多关注老年人身体健康研究或那些因素会对老年人的认知造成影响,如Noguchi T等[45]采用多重线性回归方法研究社会关系对老年人认知能力的影响。针对老年人使用的智能产品评价的研究少之又少。开发一种综合性的评价方法,不仅可以帮助设计师更客观、合理地评价设计方案,也能优选出最符合老年人需求的产品方案,最终使老年人受益。
文章基于扎根理论对大量的用户访谈资料进行三级编码,以质性研究方法科学合理地构建理论模型作为评价指标,一定程度上克服了众多学者在构建评价体系中依据自身经验而主观归纳评价指标的缺陷;其次,文章以博弈论组合赋权作为定量分析方法计算各评价指标的最终权重,依据TOPSIS法对方案进行优选决策,同时又引入三角模糊数将定性指标评价过程中具有的模糊性转化为相应的模糊数进行量化,降低了评价过程中人类思维模糊性导致的评价不准确性。
在文章的引言部分,我们也提出了健康养老与产品设计解决方案之间的关系,有了成熟的方案决策理论或方法,可以很好地避免设计人员的选择盲目性,从而使优质产品流入市场,提升老年人使用体验,促进健康养老生活。在决策过程中,对于多准则的决策,单一使用评分方法,会使评价结果出现指标间的不一致,图4的指标综合得分就是单一使用熵权法的计算结果,指标、、、在不同方案之间评分差距幅度较大。但是,运用综合评价方法后,离差极小化的思想会将主观和客观两种权重进行优势互补,由图5的三种权重的比较图不难看出,综合权重比其它两种权重值稳定,不会出现极大或极小值。除此之外,图6向我们展示出不同方案的指标权重差值在很小的变化幅度内,当我们将指标评价映射到方案优选决策时,很难直接观察出方案的优劣,而TOPSIS则为我们提供了机会,通过合理科学化的计算达到决策目的。
   

5 优势与局限

(1)文章提出的新的综合评价方法优于传统的评价方法,解决了一般评价方法中权重值确定时的倍增效应问题,对于评价指标的确定也更为科学化、客观化,节约企业生产成本,间接提升老年人生活质量。
(2)研究中关于自我报告的数据存在一定的局限性。首先,老年人作为特殊群体,他们的认知能力是有限的,对于智能产品存在固有思维,这会导致访谈结果过于夸大且不符合实际。其次,访谈的人群并未详细划分,农村地区的老年人与城市地区的老年人的认知能力是不同的,不同地区的人群访谈结果会不同。Motohiro A等[46]调查了社区环境因素在老年认知能力中的作用。因此,本研究在未来可针对不同年龄段或不同地区的老年人群进行探讨,分析环境不同是否会影响评判结果。
(3)本研究中用于收集数据的措施仍然有不合理之处。研究中的打分过程均为专家主观打分,虽然运用模糊思维在一定程度上避免了主观性,但专家评分人数较少,得到的结果并未做到完全客观,存在局限性。后续的研究中会利用仪器采集相对客观的数据作为评价集,这样会使评价得到进一步的完善。
(4)本阶段的研究重点在于提出一种帮助设计人员进行产品决策的评估方法,表明综合评估法在健康养老陪护产品方案优选中的可能性。针对所提的评估方法整体流程较为繁杂,在设计人员的日常使用中成本高的问题,本研究下一阶段的重点则是对比不同的多属性决策方法的分析结果,选取最优解法,完善和简化综合评估方法,增强方法的实用性。
   

6 结论

由于老年人认知能力、行动能力及信息素养的下降,他们与信息化产品的隔阂越来越深,生活中对智能产品的使用存在障碍,严重降低了养老生活的健康程度。根据老年人的多个需求设计人员往往会生成多个设计方案,利用合理的评价方法决策出最优方案就显得至关重要,文中利用质性研究方法和统计方法相结合提出一种新的综合评价方法,对3款陪护机器人方案进行了优选评价,最终得到合理结果,文章最后还对评价结果的合理性及方法的可行性进行评估,结果表明方法可行性高且有助于设计人员进行方案评估,提升老年人养老生活的健康程度。


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编辑EDITOR韩月 宗起为
审核REVIEWER李佳琪

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