科技創(chuàng)新造福祉 陽光灑滿沖諾路——訪“中國虛擬儀器之父”應(yīng)懷樵教授

本刊記者 毛艷玲

科技創(chuàng)新造福祉 陽光灑滿沖諾路
——訪“中國虛擬儀器之父”應(yīng)懷樵教授

本刊記者 毛艷玲

“中國需要諾貝爾獎(jiǎng)，更需要諾貝爾精神?！币虼?，自諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)辦一個(gè)多世紀(jì)以來，盡管新中國的科學(xué)界一直缺席此項(xiàng)大獎(jiǎng)，但在攀登這一科學(xué)圣殿的路途上，中國科學(xué)家仍沒有氣餒……

“應(yīng)教授原創(chuàng)性地提出由軟件構(gòu)成的在數(shù)采過程中實(shí)時(shí)快速精確測試幅頻和相頻曲線，并通過YSL專門技術(shù)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的控制和反演，已在DASP軟件中取得成功應(yīng)用。此技術(shù)可以極大擴(kuò)展儀器的頻率測試范圍，提高測試精度，極具國際競爭力。使得中美兩國創(chuàng)造的虛擬儀器達(dá)到可以問鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的具有世界性重大意義的成果。其意義可與光纖之父諾貝爾獎(jiǎng)得主高錕教授的光纖通信的成果相提并論。是中華民族繼古代四大發(fā)明之后，對人類文明有重要意義和影響的現(xiàn)代發(fā)明之一?！?/p>

2011年4月18日，《香港文匯報(bào)》對“中國虛擬儀器之父”、北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所名譽(yù)所長應(yīng)懷樵教授的研究做出了如是評價(jià)。

此評價(jià)并不是空穴來風(fēng)，自踏入科學(xué)研究之路以來，應(yīng)懷樵，這位手持科學(xué)利劍舞動(dòng)科壇的老科技工作者，一生中做出的突出成績?yōu)橥苿?dòng)人類文明進(jìn)程貢獻(xiàn)了巨大作用：他在1979年原創(chuàng)性地提出“用軟件制造儀器，軟硬件相結(jié)合”的理論，其關(guān)鍵技術(shù)成功打破振動(dòng)與噪聲、信號處理及虛擬儀器學(xué)術(shù)領(lǐng)域長期為國外公司壟斷的局面，讓中國人在該領(lǐng)域有了絕對的發(fā)言權(quán)。該理論與1986年美國提出的“軟件即是儀器”不謀而合。他的“虛擬儀器”不僅給長期缺乏原創(chuàng)元素的國內(nèi)科技界帶來了無限的活力，也讓中國原創(chuàng)技術(shù)成功屹立于世界科技之林，為中華民族在國際科學(xué)界爭了氣。

那么，所謂的虛擬儀器究竟是怎樣的一種科學(xué)儀器？它的產(chǎn)生究竟能為人類社會(huì)帶來怎樣的福祉從而得以沖擊諾貝爾獎(jiǎng)？應(yīng)懷樵教授又是如何得出這一理論并加以實(shí)踐的？抱著這一系列疑問，記者采訪了應(yīng)教授。

科技篇：把實(shí)驗(yàn)室“拎著走”的神奇虛擬儀器

一說到儀器，您的腦海是否會(huì)浮現(xiàn)出一些笨重，巨大的金屬制品？在實(shí)驗(yàn)室、工廠及野外作業(yè)，為完成某項(xiàng)測試和維修任務(wù)，通常需要許多儀器。如：信號源，電壓表，頻譜分析儀，通常復(fù)雜的電路系統(tǒng)還需要邏輯分析儀，IC測試儀等。這么多的儀器不但價(jià)格昂貴、體積大、占用空間，而且互聯(lián)也十分麻煩。

虛擬儀器的產(chǎn)生，徹底改變了這樣的狀況。區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的儀器，虛擬儀器是集數(shù)據(jù)采集和信號調(diào)理器、信號處理技術(shù)與PC機(jī)技術(shù)于一體的“軟件為主制造儀器”，而它的神奇強(qiáng)大之處在于某種程度上能夠替代現(xiàn)有的多數(shù)設(shè)備！

科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破總會(huì)促使人類社會(huì)產(chǎn)生巨大變革。正如瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)使人類跨入工業(yè)時(shí)代，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線揭開了20世紀(jì)物理學(xué)革命的序幕一樣，可以想象，未來一旦虛擬儀器得到普遍推廣與應(yīng)用，無論是實(shí)驗(yàn)室、工廠，還是野外作業(yè)或其他需要儀器協(xié)助的場合，工作人員都可以從繁瑣笨重的勞動(dòng)中解脫出來，輕松快捷地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)及工作任務(wù)。這將推動(dòng)人類科學(xué)儀器與試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的又一次革命。

從1979年應(yīng)懷樵提出“軟件制造儀器”到1986年美國提出“軟件即是儀器”，V I基本實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”，“讓I N V系統(tǒng)走進(jìn)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，讓DASP軟件運(yùn)行在每個(gè)試驗(yàn)臺(tái)上”等一系列的突破。

應(yīng)懷樵所帶領(lǐng)的東方振動(dòng)與噪聲技術(shù)研究所，作為該領(lǐng)域可以代表世界先進(jìn)水平的“門戶”，其研發(fā)出的虛擬儀器系列產(chǎn)品包含112項(xiàng)自主創(chuàng)新的信號處理與VI新技術(shù)的原創(chuàng)產(chǎn)品即DASP虛擬儀器庫、INV移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。作為具有我國自主產(chǎn)權(quán)的VI產(chǎn)品，不但實(shí)現(xiàn)技術(shù)世界領(lǐng)先，而且其體積縮小至目前的僅有筆記本大小，實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”的理念。其研發(fā)的中國虛擬儀器（VI）PC卡泰101，1988年在杭州錢塘江大橋火箭激振模態(tài)試驗(yàn)獲得圓滿成功；開發(fā)出了適合便攜機(jī)和筆記本使用的小型數(shù)采卡和大容量數(shù)據(jù)采集分析（LCAS）軟件，研制成功INV303/306系列（臺(tái)式和筆記本式）大容量智能數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)以及DASP虛擬儀器庫系統(tǒng)等，1993年去加拿大展出，獲國外同行好評。更難能可貴的是，他們還攻克了十大世界性難題，使我國虛擬儀器和動(dòng)態(tài)測試分析儀器從一般的低精度低檔次測量儀器躍入了高端高精度測量儀器的領(lǐng)先水平。因此中國VI是中華民族原創(chuàng)的對人類文明過程有杰出貢獻(xiàn)的高科技成果，具備了問鼎諾貝爾獎(jiǎng)的必要條件。

事實(shí)證明，“虛擬儀器”省掉大量昂貴和笨重的硬件材料和人力物力、設(shè)備、廠房及能源，便于生產(chǎn)、攜帶。目前已廣泛應(yīng)用于國防軍工、航天航空等多個(gè)部門，參與完成火箭、神舟飛船、大橋、高鐵、大型建筑和設(shè)備等上百項(xiàng)國家重大工程項(xiàng)目的測試。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，應(yīng)懷樵所帶領(lǐng)的東方所已有2000多家用戶，累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益超過一億元，為國家節(jié)省外匯約數(shù)億美元。為促進(jìn)技術(shù)變革和推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)的形成，造福國計(jì)民生發(fā)揮重大作用。

正如諾貝爾獎(jiǎng)所倡導(dǎo)的“科學(xué)技術(shù)要為推動(dòng)人類文明進(jìn)程做出杰出貢獻(xiàn)”的精神一樣，應(yīng)懷樵正引領(lǐng)著虛擬儀器技術(shù)與應(yīng)用一步一步朝著推動(dòng)人類文明進(jìn)程的方向行進(jìn)。

精神篇：中國需要諾貝爾獎(jiǎng)，更需要諾貝爾精神

科學(xué)成就的背后，還有比成就本身更具重大意義的東西，那就是精神。應(yīng)懷樵一生經(jīng)歷無數(shù)風(fēng)雨難關(guān)，但他心里始終有一束光，就是科技造福人類之光，因著這一道光，他有了雨后陽光的信心、愛心和耐心，有了敢于創(chuàng)新的決心、責(zé)任心和敬業(yè)心。

應(yīng)懷樵一生中五換專業(yè)為人所津津樂道，為追尋心中的科學(xué)夢想，他先后在浙江大學(xué)學(xué)習(xí)理論物理、數(shù)學(xué)力學(xué)系應(yīng)用力學(xué)和清華大學(xué)流體力學(xué)專業(yè)，學(xué)習(xí)風(fēng)洞技術(shù)，1965年參加我國原子彈和氫彈的核效應(yīng)工程試驗(yàn)，學(xué)習(xí)原子彈爆炸測試技術(shù)，之后又學(xué)習(xí)了模擬計(jì)算機(jī)，專業(yè)涉及到振動(dòng)和頻譜分析。正是由于一生中五次專業(yè)的轉(zhuǎn)折，才讓應(yīng)懷樵有著豐厚的理論知識(shí)積淀和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，才讓他磨就了一雙砍柴的寶刀。

虛擬儀器技術(shù)進(jìn)入應(yīng)懷樵的視野決不是偶然的。1965年應(yīng)懷樵教授在參加國防科研核爆炸防護(hù)工程課題——地下鐵道核爆炸振動(dòng)噪聲與動(dòng)力學(xué)測試分析的研究中，發(fā)現(xiàn)地鐵道床的下沉殘余位移（0Hz）用硬件設(shè)備無法獲得，由此就萌生了虛擬儀器的大膽構(gòu)想——“用數(shù)字算法和軟件取代硬件”。應(yīng)教授1973年原創(chuàng)性地開始嘗試用數(shù)字計(jì)算機(jī)的軟件數(shù)字積分取代傳統(tǒng)硬件模擬積分的方法解決上述難題，1979年獲得成功，這是虛擬儀器的最早成功范例。同年在杭州召開的在國防科委核試驗(yàn)全國防護(hù)工程學(xué)術(shù)會(huì)（保密）會(huì)上，他原創(chuàng)提出虛擬儀器的核心概念——“軟件制造儀器”，獲得主持會(huì)議的中科院力學(xué)所所長鄭哲敏院士、清華副校長張維院士、同濟(jì)校長李國豪院士的贊揚(yáng)和支持。比美國NI公司“軟件是儀器”的概念提出早7年。

上世紀(jì)90年代，應(yīng)懷樵研發(fā)的虛擬儀器技術(shù)已受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，并在市場上初露鋒芒。然而，由于超負(fù)荷的工作，長期加班熬夜和巨大壓力導(dǎo)致過度疲勞，1994年1月，在北京郵電大學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)報(bào)告的講臺(tái)上，突發(fā)腦出血，送往醫(yī)院急救，昏迷了三天，左邊半身不遂，出院后，柱上了拐杖。2003年突發(fā)腦血栓，2004年，突發(fā)心梗阻……

三次中風(fēng)、四次心梗，應(yīng)懷樵到鬼門關(guān)口走了7遭，參透生死之間，他深刻意識(shí)到培養(yǎng)后續(xù)力量以傳承科學(xué)夢想的重要性，病情稍稍穩(wěn)定，他就咬牙硬挺著開始著手各項(xiàng)工作。手腳不聽使喚，他就用大腦思考問題，籌劃研究所發(fā)展；腿腳不好，他就拄著拐杖到辦公室，敦促和指導(dǎo)年輕人積極進(jìn)取，并提出了東方所企業(yè)文化，精神追求，道德情操成功法則十八條（336字）。此外，通過任兼職教授、博士生合作導(dǎo)師，舉辦講座等形式，他為國家培養(yǎng)了一大批國內(nèi)急需的動(dòng)態(tài)測試與信號處理技術(shù)方面的專業(yè)人才。

對于諾貝爾精神，國際著名的科學(xué)家、中國科學(xué)院院士徐至展教授是這樣概括的：“就是不斷的、持續(xù)的、一個(gè)接一個(gè)的、后人在前人基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和求實(shí)，以及科學(xué)家永恒的獻(xiàn)身精神。”堅(jiān)守心中的執(zhí)著，相信會(huì)有一種精神沉淀其中，從應(yīng)懷樵等一批堅(jiān)持不懈的科學(xué)家身上，我們可以看到諾貝爾獎(jiǎng)花落中國的希望。