物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下企業(yè)智能制造項(xiàng)目分類的思考

李鏵

摘要：隨著“中國(guó)制造2025”計(jì)劃的提出和國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需要，越來(lái)越多的企業(yè)投身于智能制造的行列中。但由于企業(yè)自身視野的局限和智能制造行業(yè)起步時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)對(duì)于智能制造項(xiàng)目并沒(méi)有十分明確的分類，從而對(duì)企業(yè)智能制造改造產(chǎn)生了不利的影響。本文結(jié)合生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)置，以工位、生產(chǎn)線和工廠所對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目應(yīng)用，將智能制造分為自動(dòng)化工位大類、智能生產(chǎn)線大類和工廠智慧大類，闡釋了其分類依據(jù)并對(duì)不同分類在企業(yè)智能制造項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：智能制造;智慧工廠;智能產(chǎn)線;自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：F424? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著“智能制造”被列入國(guó)家戰(zhàn)略方向，圍繞著生產(chǎn)過(guò)程的智能制造項(xiàng)目正在各類企業(yè)中逐步推廣，但是智能制造項(xiàng)目所涉及的環(huán)節(jié)與企業(yè)眾多，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，給企業(yè)、社會(huì)、政府機(jī)關(guān)在智能制造項(xiàng)目推廣應(yīng)用方面造成了很大的困擾。為了使各行業(yè)對(duì)智能制造項(xiàng)目有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，本文嘗試提出了一種以企業(yè)生產(chǎn)層次為依據(jù)的項(xiàng)目分類方式，并通過(guò)此種分類方式對(duì)目前市面上的智能制造項(xiàng)目進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行明確的層次劃分[1]。

1? 以生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)的分類方法

企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)改造過(guò)程時(shí)，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的組成，可以將智能制造的技術(shù)改造分為低、中、高三個(gè)類別。

1.1? 低端的自動(dòng)化工位

工業(yè)企業(yè)在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，將生產(chǎn)過(guò)程分解為多個(gè)具體生產(chǎn)工序，這樣的單個(gè)生產(chǎn)工序就是一個(gè)工位，一個(gè)具體工位完成一項(xiàng)具體的生產(chǎn)內(nèi)容。在進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，具體工位的技術(shù)改造是以代替人工勞動(dòng)或減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度而進(jìn)行，在技術(shù)改造中所解決的問(wèn)題是以機(jī)械代替人工的過(guò)程，技術(shù)改造實(shí)際完成的是一個(gè)生產(chǎn)自動(dòng)化的過(guò)程，雖然中間會(huì)用到一些電子控制設(shè)備，但主要是以自動(dòng)化機(jī)械的應(yīng)用為主導(dǎo)[2]。當(dāng)前許多企業(yè)將這部分技術(shù)改造納入智能制造范疇，將該類智能制造項(xiàng)目分類定義為低端的工位自動(dòng)化項(xiàng)目類。從技術(shù)角度來(lái)看，自動(dòng)化是最低端的智能制造范疇，工位自動(dòng)化項(xiàng)目是企業(yè)后續(xù)智能制造項(xiàng)目開(kāi)展的基礎(chǔ)。為了促進(jìn)智能化技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)的應(yīng)用，政府、企業(yè)等也將其納入了智能制造概念的范疇，所以，在這里我們也將其分類為低端的工位自動(dòng)化項(xiàng)目類別。

1.2? 中端的智能生產(chǎn)線

生產(chǎn)線是在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，為完成某項(xiàng)產(chǎn)品生產(chǎn)，由多個(gè)工位構(gòu)成的整體。一條生產(chǎn)線負(fù)責(zé)某種產(chǎn)品或某個(gè)部件生產(chǎn)的全過(guò)程，生產(chǎn)線由多個(gè)工位按照設(shè)計(jì)好的生產(chǎn)工藝順序完成產(chǎn)品的生產(chǎn)。生產(chǎn)線是工位的組合，當(dāng)每一個(gè)工位都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)后，需要將這些分散獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)工位進(jìn)行有序的整合，形成一條具有智能控制每個(gè)生產(chǎn)工位的體系，這就是智能化生產(chǎn)線。智能化生產(chǎn)線的改造和應(yīng)用，是目前企業(yè)智能制造技術(shù)應(yīng)用的主要方向[3]。

車間智能化和生產(chǎn)線智能化需要建立在工位自動(dòng)化的基礎(chǔ)上。在主要工位自動(dòng)化完成后，進(jìn)行產(chǎn)線的智能化改造。智能化生產(chǎn)線也是智慧工廠建設(shè)的基礎(chǔ)，沒(méi)有完成智能化生產(chǎn)線或智能化生產(chǎn)車間改造的企業(yè)，想要直接進(jìn)行智慧工廠的建設(shè)是一件非常困難的事情。

1.3? 高端的智慧工廠

當(dāng)企業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)線和智能化車間的建設(shè)后，針對(duì)企業(yè)的后續(xù)智能化改造，是將獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的智能化生產(chǎn)線與工廠的生產(chǎn)管理、原材料管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理甚至是市場(chǎng)管理等獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步整合。利用云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、5G通信技術(shù)來(lái)建立智慧工廠，統(tǒng)一控制各系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的高端技術(shù)革新。智慧工廠是智能制造未來(lái)的應(yīng)用方向。

2? 三大類型的技術(shù)特點(diǎn)

本文所提及的分類中各類技術(shù)特點(diǎn)是指不同分類中的主導(dǎo)技術(shù)。比如，自動(dòng)化工位是只會(huì)干固定活不會(huì)變通的機(jī)器，智能產(chǎn)線是有感覺(jué)神經(jīng)的機(jī)器，而智慧工廠是有大腦的智慧機(jī)器。

2.1? 工位自動(dòng)化的特點(diǎn)

工位自動(dòng)化是一項(xiàng)圍繞具體生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)改造，主要特點(diǎn)如下。

2.1.1? 以機(jī)械為主、電控為輔

工位自動(dòng)化是以代替人工、降低勞動(dòng)強(qiáng)度為目標(biāo)，工作內(nèi)容單一，主要方式是采用機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用到的電控設(shè)備、感應(yīng)設(shè)備等（即使采用高端機(jī)器人來(lái)），也是其機(jī)械工作的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。因此，工位自動(dòng)化是以機(jī)械設(shè)備為主，電控為輔。機(jī)械為主的方式能夠降低改造成本的投入，提供系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.1.2? 以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為主，針對(duì)性設(shè)計(jì)為輔

對(duì)于目前生產(chǎn)工位設(shè)備，大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，在進(jìn)行工位自動(dòng)化改造時(shí)，采購(gòu)已有的自動(dòng)化設(shè)備為主，能夠降低成本，具有設(shè)備穩(wěn)定、維護(hù)方便等特點(diǎn)。對(duì)于極其特殊的生產(chǎn)工位在沒(méi)有完全匹配的設(shè)備情況下，采取針對(duì)性設(shè)計(jì)專用設(shè)備的方式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造。

2.1.3? 電子設(shè)備針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備為主，提供信息為輔

在自動(dòng)化工位中使用的電子設(shè)備，有些具有數(shù)據(jù)輸出功能，這只是設(shè)備對(duì)外提供的一個(gè)數(shù)據(jù)接口，這些電子設(shè)備的主要功能是為自動(dòng)化設(shè)備提供控制參數(shù)，保證自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2? 智能化生產(chǎn)線的特點(diǎn)

智能化生產(chǎn)線將智能控制概念引入系統(tǒng)，就像給系統(tǒng)連接了神經(jīng)系統(tǒng)，使生產(chǎn)線中的各個(gè)工位能夠統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。主要特點(diǎn)如下。

2.2.1? 數(shù)據(jù)控制與機(jī)械輸送并舉

智能化生產(chǎn)線系統(tǒng)，首先是收集各個(gè)工位工作數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，給每個(gè)工位發(fā)出工作指令，協(xié)調(diào)各工位的同步運(yùn)行。在數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)同步的同時(shí)，要建立起一條連接各個(gè)工位的輸送線，完成對(duì)各個(gè)工位的自動(dòng)上下料過(guò)程，物理上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從一個(gè)工位到另一個(gè)工位的自動(dòng)傳輸。智能生產(chǎn)線上是數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過(guò)程的體現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸與產(chǎn)品輸送同步并舉。

2.2.2? 針對(duì)性設(shè)計(jì)是核心，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)

智能化生產(chǎn)線要體現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程，生產(chǎn)線包含了生產(chǎn)過(guò)程的管理，各個(gè)企業(yè)管理模式都不相同，每個(gè)企業(yè)的每條生產(chǎn)線都將是不同的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)線要針對(duì)每個(gè)企業(yè)的不同情況進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)，不能照搬其他企業(yè)的應(yīng)用。對(duì)于生產(chǎn)線的產(chǎn)品輸送和自動(dòng)上下料中的獨(dú)立環(huán)節(jié)，在統(tǒng)一設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。針對(duì)性進(jìn)行生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)是智能產(chǎn)線技改的核心，單一功能標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的使用是功能實(shí)現(xiàn)的需要。

2.2.3? 數(shù)據(jù)傳輸控制是目的，信息應(yīng)用是依據(jù)

智能化產(chǎn)線建設(shè)的目的是對(duì)各個(gè)自動(dòng)化工位的同步統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)同步控制的依據(jù)是采集各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)，為自動(dòng)化設(shè)備提供控制信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制設(shè)定，完成整個(gè)產(chǎn)線的同步運(yùn)行。

2.3? 智慧工廠的技術(shù)特點(diǎn)

智慧工廠的概念是給整個(gè)工廠建立一個(gè)大腦，通過(guò)從各方面得到的信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠自動(dòng)完成全部生產(chǎn)過(guò)程。主要特點(diǎn)如下。

2.3.1? 以高級(jí)軟件為主，輔助以需要的硬件

智慧工廠的建立就是建立起一套軟件應(yīng)用體系，其中包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件、云計(jì)算軟件、數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)軟件等，智慧工廠是在智能產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，應(yīng)用這些軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的智慧化運(yùn)行。在建設(shè)過(guò)程中需要進(jìn)行全廠區(qū)互聯(lián)網(wǎng)或5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)、控制中心建設(shè)、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、服務(wù)器集群建設(shè)或租用等硬件體系建設(shè)，這些硬件體系的建設(shè)是為了輔助軟硬件系統(tǒng)建設(shè)。

2.3.2? 通用型軟件，針對(duì)性二次開(kāi)發(fā)

各個(gè)工廠有著自己的管理和運(yùn)營(yíng)體系，沒(méi)有任何兩個(gè)工廠的管理運(yùn)營(yíng)體系是相同的。因此，建設(shè)的各個(gè)軟件系統(tǒng)都要針對(duì)應(yīng)用企業(yè)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)單地購(gòu)買(mǎi)一套所謂成熟的現(xiàn)成軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)智慧工廠的建設(shè)。例如現(xiàn)在許多地方利用一套EMS系統(tǒng)推廣所有企業(yè)的做法，是根本不可能實(shí)現(xiàn)智慧工廠的建設(shè)，也不可能采集到企業(yè)經(jīng)營(yíng)的完整數(shù)據(jù)，對(duì)智慧工廠的建設(shè)有害且無(wú)益。

2.3.3? 數(shù)據(jù)運(yùn)算為核心，下達(dá)指令為目標(biāo)

智慧工廠也叫數(shù)字工廠，整個(gè)數(shù)字工廠采集生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)、管理方面的數(shù)據(jù)、公司產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)據(jù)、公司客戶數(shù)據(jù)、公司運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、企業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)等，對(duì)這些數(shù)據(jù)采用云計(jì)算方式進(jìn)行大數(shù)據(jù)運(yùn)算，對(duì)智能化產(chǎn)線下達(dá)生產(chǎn)控制指令，使整個(gè)工廠圍繞核心開(kāi)展生產(chǎn)，各個(gè)環(huán)節(jié)反饋生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)給系統(tǒng)，系統(tǒng)再進(jìn)行分析，調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程，周而復(fù)始，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制[4]。

3? 目前制造企業(yè)智能化改造的狀況

在明確了以上提到的分類方法后，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)企業(yè)的狀況表現(xiàn)在以下方面。

3.1? 中低端生產(chǎn)企業(yè)處在自動(dòng)化改造階段

由于國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力便宜，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的中低端中小企業(yè)都存在用工量大的問(wèn)題。隨著國(guó)家各方面的發(fā)展，用工成本提高、工人難招的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)國(guó)家對(duì)企業(yè)的技改加大了投入，在這些因素的刺激下，企業(yè)逐步開(kāi)始進(jìn)行智能制造方面的技術(shù)改造，這些企業(yè)都處在智能制造技術(shù)改造的起步階段，主要的改造項(xiàng)目是圍繞生產(chǎn)工位自動(dòng)化，這些企業(yè)的技改屬于初級(jí)的自動(dòng)化工位改造范疇，以具有代表性的民營(yíng)生產(chǎn)企業(yè)和生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度大的制造業(yè)企業(yè)為主。

3.2? 中型以上企業(yè)和外資企業(yè)需要進(jìn)行智能產(chǎn)線改造

國(guó)內(nèi)中等規(guī)模的企業(yè)和新建生產(chǎn)工廠的設(shè)備已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要進(jìn)一步提升生產(chǎn)能力，進(jìn)行智能化生產(chǎn)線的改造。具有代表性的企業(yè)主要是國(guó)有大中型企業(yè)、上市公司投資建設(shè)的生產(chǎn)企業(yè)、大規(guī)模資本投資新建生產(chǎn)企業(yè)、外資生產(chǎn)企業(yè)。這些企業(yè)在國(guó)內(nèi)比較分散，但基本都是各地的支柱企業(yè)。

3.3? 高技術(shù)企業(yè)正在朝智慧工廠方向邁進(jìn)

由于高技術(shù)企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)含量較高，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的技術(shù)要求也非常高，因此在企業(yè)建立時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)線的建設(shè)要按照智能化系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，在今后的發(fā)展中將率先向智慧化工廠邁進(jìn)。目前這類企業(yè)并不多，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”目標(biāo)的關(guān)鍵。

4? 企業(yè)智能制造的提升要統(tǒng)一規(guī)劃分步實(shí)施

企業(yè)智能制造項(xiàng)目的分類已經(jīng)明確了各類技改之間的關(guān)系，也說(shuō)明了技改工作的步驟關(guān)系和他們之間的內(nèi)在聯(lián)系。因此，企業(yè)在推進(jìn)技術(shù)改造過(guò)程中應(yīng)遵循以下步驟。

4.1 進(jìn)行整體規(guī)劃

由于三大類的分類也是智能制造項(xiàng)目的3個(gè)層次與階段，相互之間有著多方面的聯(lián)系，所以，在開(kāi)展智能制造項(xiàng)目前，首先要做好企業(yè)智能制造的整體規(guī)劃。智能制造項(xiàng)目規(guī)劃的主要內(nèi)容包括生產(chǎn)過(guò)程再設(shè)計(jì)、場(chǎng)地布局規(guī)劃、生產(chǎn)線調(diào)整規(guī)劃、工位位置布局規(guī)劃、數(shù)據(jù)選型規(guī)劃等。只有做好整體規(guī)劃，才能為今后項(xiàng)目實(shí)施打下基礎(chǔ)，降低整體建設(shè)成本投入，減少重復(fù)投資，避免影響企業(yè)發(fā)展。

4.2? 逐層進(jìn)行實(shí)施

在實(shí)施具體項(xiàng)目時(shí)一定要循序漸進(jìn)，從重要工位的自動(dòng)化改造開(kāi)始，在主要工位的自動(dòng)化改造超過(guò)70%后，再開(kāi)展自動(dòng)化產(chǎn)線的建設(shè)，在建設(shè)的同時(shí)，解決剩余的30%工位的自動(dòng)化改造。

4.3? 關(guān)鍵工位作為突破口

項(xiàng)目開(kāi)展是從關(guān)鍵部位開(kāi)始進(jìn)行改造，通過(guò)突破關(guān)鍵工位的改造，為整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵工位包括對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有舉足輕重的工位、改造過(guò)程中技術(shù)含量較高的工位、用工量較大的工位、出現(xiàn)產(chǎn)能瓶頸的、生產(chǎn)技能要求較高的工位。

5? 各類成本投入測(cè)算方法

針對(duì)不同類型的項(xiàng)目實(shí)施，成本測(cè)算采用不同的測(cè)算方式，以此來(lái)確定項(xiàng)目的價(jià)值與投資預(yù)算。

5.1 自動(dòng)化工位改造預(yù)算以節(jié)約人力資源支出進(jìn)行測(cè)算

自動(dòng)化工位的技改是以節(jié)約勞動(dòng)力成本為目的，可采用年節(jié)約勞動(dòng)力成本計(jì)算。按照企業(yè)一個(gè)工人一年整體費(fèi)用支出（約10萬(wàn)元）為計(jì)算基數(shù)，乘以這個(gè)崗位自動(dòng)化改造節(jié)省的人數(shù)（日8小時(shí)工作計(jì)算）為項(xiàng)目投入的基本預(yù)算，在對(duì)照項(xiàng)目的難易進(jìn)行相應(yīng)的上下浮動(dòng)調(diào)整。

5.2? 智能化產(chǎn)線項(xiàng)目預(yù)算以增加產(chǎn)能收入進(jìn)行測(cè)算

智能化產(chǎn)線的升級(jí)改造預(yù)算的測(cè)算需考慮以下4個(gè)部分的內(nèi)容，由這4個(gè)部分測(cè)算的和作為項(xiàng)目預(yù)算的基礎(chǔ)。（1）產(chǎn)能提高增加的收益，對(duì)于年產(chǎn)能提高增產(chǎn)部分的利潤(rùn)作為預(yù)算的主要部分。（2）人員節(jié)省的人員費(fèi)用成本，各個(gè)獨(dú)立工位節(jié)省的操作工和人工運(yùn)輸工一年的人力資源成本計(jì)入項(xiàng)目建設(shè)預(yù)算。（3）減少原材料損耗節(jié)約的成本，一年內(nèi)降低原材料的用量節(jié)約成本費(fèi)用納入項(xiàng)目建設(shè)預(yù)算。（4）考慮項(xiàng)目實(shí)施后的新增費(fèi)用，項(xiàng)目運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生新的費(fèi)用支出，新增費(fèi)用要在項(xiàng)目收益計(jì)算時(shí)進(jìn)行考慮。

5.3? 智慧工廠項(xiàng)目預(yù)算以增加企業(yè)整體收入進(jìn)行測(cè)算

根據(jù)智慧工廠建設(shè)的目標(biāo)要求，費(fèi)用預(yù)算要考慮以下幾個(gè)部分：（1）未來(lái)五年企業(yè)整體效益提升增加部分的平均值作為智慧工廠項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算的主要依據(jù)。（2）企業(yè)未來(lái)五年整體運(yùn)營(yíng)費(fèi)用降低部分的平均值作為智慧工廠項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算的另一部分。（3）系統(tǒng)運(yùn)行后每年的新增費(fèi)用，在計(jì)算未來(lái)公司費(fèi)用支出時(shí)需要考慮進(jìn)去。

6? 結(jié)語(yǔ)

文章在“中國(guó)制造2025”的戰(zhàn)略背景下，對(duì)智能制造項(xiàng)目進(jìn)行探索性的分類，旨在幫助政府、企業(yè)以一種較為簡(jiǎn)單的方式來(lái)對(duì)現(xiàn)階段的智能制造項(xiàng)目進(jìn)行分析，從而找到未來(lái)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)、智能化改造的前進(jìn)方向，提高政府和企業(yè)對(duì)智能制造項(xiàng)目的管理，提升企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

（責(zé)任編輯：侯辛鋒）

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