用實(shí)際行動追逐中國人的諾貝爾獎之夢記中國虛擬儀器之父

作為科學(xué)界含金量最高的獎項(xiàng)，諾貝爾獎一直以來是每位科學(xué)家的追求和情愫。諾獎已走過百余春秋，然而中國作為一個泱泱大國卻一直無本土科學(xué)家獲此殊榮，雖然也許存在一些文化、地域的原因，但對于我們來說確實(shí)有著深深的遺憾。

這么多年來，我們的科學(xué)家從沒有放棄努力和嘗試，當(dāng)世人在不斷追問中國人離諾貝爾獎還有多遠(yuǎn)的時候，他們一直用實(shí)際行動追逐著中國人的諾貝爾之夢！其中，有一位極具代表性，被評論界譽(yù)為“距離諾獎最近的中國人之一”，他是中國虛擬儀器的創(chuàng)始人和奠基者，現(xiàn)任北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所名譽(yù)所長、科技委主任，被國人譽(yù)為“中國虛擬儀器之父”的杰出科學(xué)家——應(yīng)懷樵。

他的成績，使得中美兩國同步創(chuàng)造的虛擬儀器可與光纖之父諾獎得主高錕教授的“光纖通信”成果相提并論，被認(rèn)為是“可以問鼎諾貝爾物理獎的、具有世界性重大意義的杰出成果”，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深遠(yuǎn)影響的現(xiàn)代發(fā)明之一”。

他，是一位走在國際前沿的學(xué)者，更是一位鐘情于創(chuàng)新的杰出科學(xué)家。他以夢想為追求、以科學(xué)為精神、懷揣著“讓INV系統(tǒng)走進(jìn)每個實(shí)驗(yàn)室，讓DASP軟件運(yùn)行在每個試驗(yàn)平臺”的理想，提出“軟件制造儀器，用軟硬件相結(jié)合取代傳統(tǒng)儀器”的理論，站在了虛擬儀器發(fā)展的前沿。2009年他提出了“云智慧儀器試驗(yàn)室”與“云智慧故障診斷中心”的構(gòu)想。2011年云智慧儀器的初步試驗(yàn)成功，為我國搶占世界高科技制高點(diǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。他和他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)攻克世界難題取得高科技成果，是中華民族原創(chuàng)的、對人類文明過程有著巨大杰出貢獻(xiàn)的。

而‘對人類的杰出貢獻(xiàn)’——這也是諾貝爾獎最高宗旨和要求。

今天就讓我們懷著對科學(xué)的敬畏和崇敬，一同去認(rèn)識和了解應(yīng)懷樵教授孜孜不倦、科研創(chuàng)新、注重科技成果積極轉(zhuǎn)化的追逐歷程。

“樵夫”傳奇求學(xué)路，一生科研碩果豐

國內(nèi)的一些媒體稱應(yīng)懷樵為中國“當(dāng)代樵夫”?！伴苑颉保簿褪强巢袢?，應(yīng)懷樵欣然接受，覺得對他而言很貼切，因?yàn)樗缇吹膶O中山先生在日本期間就曾用過“中山樵”的佚名?！皩O先生志向高遠(yuǎn)，他要把當(dāng)時壓在中國人民頭上的三座大山推到。而應(yīng)懷樵曾在多種場合表示，“只想做一名在科研道路上低頭砍柴的樵夫，雖然很苦很累，但一路有白云清風(fēng)相伴，人生也別有一番美景?！?應(yīng)懷樵幾十年如一日地耕作在他科學(xué)的樂園里，像園丁一樣辛勤執(zhí)著，培育出一朵朵科學(xué)奇葩，又像樵夫一樣耳畔唯有清風(fēng)白云，默默無聞，揮舞手中智慧的鐮刀披荊斬棘，通往科學(xué)之巔。

應(yīng)懷樵1941年7月出生于浙江紹興市嵊州，與我們的開國總理是同籍。地杰人靈的紹興培育了他聰慧正直、有韌性不服輸?shù)男愿瘛?959年，應(yīng)懷樵考入浙江大學(xué)，就讀于工程物理系理論物理專業(yè)。不久之后，因?yàn)閲野l(fā)展需要這個班級被調(diào)整到數(shù)學(xué)力學(xué)系應(yīng)用力學(xué)專業(yè)。他的人生也在這里拐了一個彎，開始不斷面對挑戰(zhàn)。1964年畢業(yè)后，他被分配到中國鐵道科學(xué)院，致力于高速列車風(fēng)洞課題研究，并到清華大學(xué)工程力學(xué)系流體力學(xué)專業(yè)實(shí)習(xí)，學(xué)習(xí)風(fēng)洞測試分析技術(shù)。1965年他參與了我國西部羅布泊核試驗(yàn)基地原子彈和氫彈的核爆炸防護(hù)工程研究，學(xué)習(xí)原子彈爆炸測試技術(shù)，接觸了振動噪聲和頻譜分析。這之后應(yīng)懷樵又學(xué)習(xí)了數(shù)字計算機(jī)和信號處理分析，專業(yè)涉及到振動和頻譜分析。

一生五次面對不同的專業(yè)，一步一個轉(zhuǎn)折，應(yīng)懷樵在每一片領(lǐng)域都走得扎扎實(shí)實(shí)，他的一系列成果相繼問世。1979年，他編撰的反映虛擬儀器技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用成果的國內(nèi)首部專著《振動測試和分析》出版發(fā)行；1982年《CZ測震儀與測振技術(shù)》出版發(fā)行；1983年，《波形和頻譜分析與隨機(jī)數(shù)據(jù)處理》出版發(fā)行；從1997年至今，他還主編《現(xiàn)代振動與噪聲技術(shù)》第一卷至第九卷等共10多部專著及“倒熵譜”、“虛擬儀器”等150多篇論文報告。

創(chuàng)新是一個民族的靈魂?！按竽懙脑O(shè)想，科學(xué)的求證 ”是幾千年來人類科學(xué)研究能夠得到不斷突破和創(chuàng)新的原因。體現(xiàn)著一種民族創(chuàng)新奮進(jìn)的激情。而應(yīng)懷樵就是一個善于思考創(chuàng)新的人。中國虛擬儀器的構(gòu)想是在我國重大國防工程——核試驗(yàn)中萌發(fā)的。1965年-1979年應(yīng)懷樵在核爆炸地下鐵道國防試驗(yàn)中，對絕對位移進(jìn)行測量，通過數(shù)字積分代替硬件積分測得了OHz的殘余位移，這是“軟件制造儀器”的第一次成功應(yīng)用。1979年11月，在杭州召開的國防科委核試驗(yàn)全國防護(hù)工程學(xué)術(shù)（保密）會上，他提出的虛擬儀器核心概念“軟件制造儀器”、“用軟硬件結(jié)合取代傳統(tǒng)儀器”獲得主持會議的中科院力所所長鄭哲敏院士、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?！败浖圃靸x器”，正是中國虛擬儀器的核心概念，與1986年美國NI公司提出的“軟件是儀器”概念不謀而合。但比美國NI提出的“軟件是儀器”概念早七年，應(yīng)懷樵成為我國虛擬儀器的創(chuàng)始人和奠基者，被業(yè)內(nèi)外人士尊稱為“中國虛擬儀器之父”。

1983年1月，他受到無法使用磁帶記錄儀與信號分析儀的困難和壓力。為此，他籌建了東方所的前身中國振動技術(shù)咨詢部，并下決心研究PC卡泰?！爱?dāng)時，國內(nèi)還沒有相關(guān)技術(shù)與資料，只能使用進(jìn)口的各種數(shù)字式FFT分析儀作參考，這些儀器已經(jīng)不能滿足需要，大多存在功能單一、記錄與分析分離、設(shè)備笨重、價格昂貴等缺點(diǎn)，尤其是有些參數(shù)根本就沒辦法測到?！卑l(fā)現(xiàn)問題之后，應(yīng)懷樵下決心要研制出能夠滿足我國科技發(fā)展需求、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的PC卡泰儀器。1985年10月，為了將這一課題深入研究和實(shí)踐，應(yīng)懷樵決定成立自己的研究所。

成立研究所，說起來容易做起來困難重重，擺在他面前的首要難題就是資金。當(dāng)年他身上僅有300元，就是用這300元，他將自己的構(gòu)想，借鑒丹麥“玻爾研究所”和英國南安普敦大學(xué)“振動和噪聲研究所”的模式，形成正式的材料和表格，寄發(fā)出去，聯(lián)系了一批志同道合的研究員，成立了自己的振動和噪聲研究所。他為這個研究所取了一個充滿希望又大氣的名字——“東方”。據(jù)不完全統(tǒng)計，東方所現(xiàn)已有2#8198;000多家用戶，累計經(jīng)濟(jì)效益超過一億元，打破了此類儀器長期依賴進(jìn)口的局面，如果在國內(nèi)全面推廣應(yīng)用，可以為國家節(jié)省外匯約數(shù)億美元。

飽含諾貝爾情懷，開啟虛擬智慧儀器

人類發(fā)展至今，科學(xué)儀器與試驗(yàn)技術(shù)走過了模擬式、數(shù)字式、智能式三個階段，從上個世紀(jì)80年代起，開始出現(xiàn)了第四代儀器，“虛擬儀器（簡寫VI）”以數(shù)采DAQ和DASP（數(shù)據(jù)采集與信號處理）軟件技術(shù)和PC機(jī)為載體。經(jīng)過20多年的發(fā)展，目前已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，VI已逐漸取代上述三類儀器。

虛擬儀器是指在PC機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上通過數(shù)采和信號調(diào)理硬件和信號處理分析（DASP）及各種應(yīng)用軟件構(gòu)建而成的、具有可視化界面的儀器。它是一種新概念的測試儀器、就其功能而言，它是一個真實(shí)的儀器，而“虛擬”的含義是指用軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實(shí)現(xiàn)的功能，用“軟件制造儀器、軟件代替硬件”，滿足多樣的應(yīng)用需求。應(yīng)懷樵認(rèn)為，各種科學(xué)儀器與分析儀器主要由①信號和數(shù)據(jù)采集②分析和處理③顯示存儲和輸出及傳輸?shù)热蟛糠謽?gòu)成，其中除第①部分需要必要的硬件構(gòu)造外，后兩大部分都可以用基于計算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號處理和分析及各種應(yīng)用軟件，如DASP，LABVIEW等來構(gòu)造完成。目前PC機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及并深入家庭。因此，VI的應(yīng)用前景極其廣泛。虛擬儀器相當(dāng)于一個“便攜式實(shí)驗(yàn)室”，可以為科學(xué)儀器與科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域帶來一次深遠(yuǎn)的技術(shù)革命。他高瞻遠(yuǎn)矚的預(yù)測，虛擬儀器的出現(xiàn)最終將取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域里的主流產(chǎn)品，成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心。軟件可以聚集人類的各種智慧，若全面將推廣，將來發(fā)展到“智慧儀器”，應(yīng)用大量的軟件和嵌入式芯片發(fā)展人腦工程，進(jìn)行信號和信息處理，是智慧機(jī)器人的基礎(chǔ)。并成為機(jī)器人的核心技術(shù)，其社會意義與經(jīng)濟(jì)意義十分可觀，以2007年我國儀器產(chǎn)值估算，軟件取代30%-50%的硬件，就能產(chǎn)生

600億元/年-1#8198;000億元/年的巨大經(jīng)濟(jì)價值。因此，在東方振動和噪聲技術(shù)研究所成立伊始，他就提出了把“實(shí)驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)。

1985年-2005年，他以自籌資金的方式實(shí)現(xiàn)了“DASP虛擬儀器庫——振動噪聲、模態(tài)分析移動試驗(yàn)室技術(shù)”在不斷創(chuàng)新中滾動發(fā)展的模式。期間，他與清華、北大、中科院聲學(xué)所、中科院力學(xué)所、中國鐵道科學(xué)院、浙江大學(xué)、江蘇大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、東北大學(xué)、天津大學(xué)、中國科技大學(xué)等10多個單位就該項(xiàng)目展開合作并聯(lián)合培養(yǎng)研究生，終于研發(fā)完成了DASP虛擬儀器庫——振動噪聲、模態(tài)分析移動試驗(yàn)室軟件系統(tǒng)和INV系列數(shù)據(jù)采集儀的研制，開創(chuàng)了我國虛擬儀器產(chǎn)品的先河，最終實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)。

1988年，應(yīng)懷樵研發(fā)的虛擬儀器被用于火箭激振錢塘江大橋模態(tài)試驗(yàn)分析；1993年，該儀器參加北京新技術(shù)展覽會，并走出國門遠(yuǎn)赴加拿大多倫多展覽，獲表揚(yáng)名單第一名；1995年用于長三捆火箭全箭模態(tài)試驗(yàn)；1996年用于“神舟”號載人飛船移動發(fā)射平臺模態(tài)試驗(yàn)；2004年，用于航天員超重訓(xùn)練設(shè)備臂架系統(tǒng)模態(tài)分析。

這一切科研創(chuàng)舉，都使我國虛擬儀器和動態(tài)測試分析儀器性能從一般的低精度低檔次測量儀器躍入了高端高精度的測量儀器行列，并在十大世界性難題方面取得了重大突破，極大的提升了我國在虛擬儀器技術(shù)領(lǐng)域的科研

水平：

一、基于平臺式設(shè)計的VI庫技術(shù)，用軟件制造儀器，軟硬

件結(jié)合取代傳統(tǒng)儀器，這一具有里程碑式劃時代意義

的新路線對儀器制造業(yè)和測試技術(shù)界產(chǎn)生巨大影響，

代表了我國在VI研發(fā)方面的最高水平。

二、變時基（VTB）傳遞函數(shù)（導(dǎo)納）測量分析方法，達(dá)

到國際領(lǐng)先水平，獲得國家發(fā)明專利。已完成神舟飛

船750噸移動發(fā)射平臺模態(tài)試驗(yàn)、長三捆大型運(yùn)載火箭

模態(tài)試驗(yàn)、航天員超重訓(xùn)練機(jī)模態(tài)試驗(yàn)等數(shù)十項(xiàng)國家

重點(diǎn)項(xiàng)目效果理想。

三、高精度頻率、幅值、相位和阻尼測試技術(shù)。東方所原

創(chuàng)的高精度頻率計和幅值計，比國外常規(guī)方法提高精

度100萬倍，具有重大的國際影響力。

四、超低頻信號快速測量技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

五、倒熵譜分析方法。原創(chuàng)倒熵熵、倒熵富、倒富熵等三

種倒譜，達(dá)到倒譜分析的國際領(lǐng)先水平。

六、FFT/DFT方法，是目前頻譜細(xì)化的主要方法之一，達(dá)

到國際領(lǐng)先。

七、振動全息AVD“一入三出”實(shí)時測試分析創(chuàng)新技術(shù)。

原創(chuàng)提出了全程微積分方法，實(shí)現(xiàn)AVD“一入三出”

振動全息實(shí)時動態(tài)連續(xù)測量，達(dá)到國際領(lǐng)先。

八、自動化模態(tài)分析方法。一般人員通過簡單操作即可獲

得專家級的模態(tài)分析結(jié)果。

九、24位“雙核”變幅基A/D高精度超量程160dB數(shù)采儀專

門技術(shù)。達(dá)到國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先。

十、突破傳遞函數(shù)的測試及實(shí)時控制和反演關(guān)鍵技術(shù)，為

提高儀器測量精度和范圍開辟新途徑。此技術(shù)是一項(xiàng)

世界難題，可極大擴(kuò)展儀器的頻率測試范圍，提高測

試精度，極具國際競爭力。

目前為止，應(yīng)懷樵帶領(lǐng)東方所研制出其原創(chuàng)產(chǎn)品DASP虛擬儀器庫、INV移動試驗(yàn)室和包含115項(xiàng)自主創(chuàng)新的信號處理與虛擬儀器新技術(shù)的智能數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)，還攻克了十大世界性難題。由此可看中國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。

2007年，在第二屆全國虛擬儀器學(xué)術(shù)交流大會上，專家們充分肯定了東方所在虛擬儀器領(lǐng)域上的突出地位和卓越貢獻(xiàn)，應(yīng)懷樵更因?yàn)閯?chuàng)始人的身份，“中國虛擬儀器之父”的稱謂從此傳播開來；他的成績被認(rèn)為：是“可以問鼎諾貝爾物理獎具有世界性重大意義的成果”，是“中華名族繼古代四大發(fā)明之后，對人類文明有重要意義和深遠(yuǎn)影響的現(xiàn)代發(fā)明之一”。是完全有資格有實(shí)力角逐自然科學(xué)界最高獎項(xiàng)——諾貝爾獎的！

東方精神所系，堅持科研創(chuàng)新路

問渠哪得清如許，為有源頭活水來?！绑@蟄”，是我國農(nóng)歷24節(jié)氣中的第三個，意味著春雷萌動，萬物復(fù)蘇。而在東方所，這一天還是他們每年一度的“創(chuàng)新節(jié)”。東方所的英文名稱是‘China Orient Institute of Noise and Vibration’，意為中國東方振動和噪聲技術(shù)研究所，通常簡稱為‘COINV’。應(yīng)懷樵解釋說，“‘COIN’有創(chuàng)造的意思，‘COINV’指的是創(chuàng)造的勝利，‘CO’意為聯(lián)合，‘INV’是創(chuàng)新，從英文字面上看，就是合作起來搞創(chuàng)新。”可見東方所的取名，應(yīng)懷樵真是頗具匠心。他說“創(chuàng)新是一個民族發(fā)展的靈魂，那么東方所的發(fā)展自然離不開科研創(chuàng)新精神?！?/p>

2006年3月6日，是當(dāng)年的驚蟄，也是東方所的第一個“創(chuàng)新節(jié)”。這天，東方所舉辦了首屆“創(chuàng)新節(jié)”及技術(shù)創(chuàng)新研討會，總結(jié)和表彰了創(chuàng)新技術(shù)成果獎。將“創(chuàng)新節(jié)”定在這天，原因有兩個：一是為了紀(jì)念I(lǐng)NV二代產(chǎn)品3060；二也是寄托了應(yīng)懷樵的無限希望——“這樣有利于創(chuàng)新活動的持續(xù)深入發(fā)展，要提倡人人搞創(chuàng)新發(fā)明，尊重別人的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新火花。創(chuàng)新要像驚蟄春雷一樣，引出許多發(fā)明創(chuàng)造來，從這天開始新的發(fā)展和革新?！?/p>

執(zhí)著于振動與噪聲技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)懷樵數(shù)十年來一直都在堅持著科研創(chuàng)新，即使曾經(jīng)三次中風(fēng)、四次心梗，也不曾放棄，“生命不息，奮斗不止，讓INV系統(tǒng)走進(jìn)每一個實(shí)驗(yàn)室，讓DASP(達(dá)世普)軟件運(yùn)行在每一個實(shí)驗(yàn)平臺上，這是我的理想，也是東方所年輕后生們一直奮斗的目標(biāo)！”應(yīng)懷樵如此表示。而在他的領(lǐng)導(dǎo)下，東方所也樹立了“三個提倡”：1、提倡“勤奮、創(chuàng)新、堅持、自強(qiáng)、和諧”十字座右銘和所訓(xùn)；2、提倡‘高、大、深、快’（即高度的智力追求，大膽的探索精神，深奧的研究內(nèi)容，快活的樂天主義）和完全自由的判斷與討論的‘玻爾所’精神；3、提倡‘堅持真理、自由討論、互相尊重和實(shí)事求是’的科學(xué)精神。

21世紀(jì)的第二個十年已經(jīng)來臨，這是一個科技騰飛的時代，科學(xué)技術(shù)發(fā)展一日千里，日新月異。早在2009年11月在桂林召開的全國第三屆虛擬儀器大會上，應(yīng)懷樵就提出：隨著“云計算”和“物聯(lián)網(wǎng)”時代到來，要建立實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)云時代——“云智慧科學(xué)試驗(yàn)室、智慧儀器”與“云智慧故障診斷中心”，在此基礎(chǔ)上還可建立“云智慧醫(yī)療中心”和“云智慧教育中心”這是中華民族原創(chuàng)的概念創(chuàng)新，也是中國儀器超越進(jìn)口儀器的最有利契機(jī)，提議國家盡快開展相關(guān)研究。以此讓世人迎接全新的“云智慧測試”時代。

且持夢筆書奇景，日破云濤萬里紅。他所做這一切，是為了讓我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科學(xué)儀器“DASP虛擬儀器庫軟件”和“INV移動試驗(yàn)室”登上國際領(lǐng)獎臺，并改變國人使用外國儀器的習(xí)慣，是希望讓中國自主創(chuàng)新的信號處理與虛擬儀器技術(shù)走出國門，達(dá)到世界普及。“勇攀科學(xué)高峰，心懷樵夫之夢”，是他科研精神寫照，多年來堅持和倡導(dǎo)科學(xué)探索創(chuàng)新、企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、國家戰(zhàn)略創(chuàng)新——應(yīng)懷樵也許就是為自然科學(xué)而生，為強(qiáng)國科技之夢而活。他一直踐行著科學(xué)精神與產(chǎn)業(yè)之路相互熔鑄的諾貝爾精神，這也是一個科學(xué)工作者的一世情懷。

我們品讀應(yīng)懷樵追逐歷程，就像對一段科學(xué)發(fā)展史塵埃落定后的審視。一生一夢，他攀爬在自然科學(xué)的群山峻嶺之間，應(yīng)懷樵坦言，他有信心將“虛擬儀器”這一課題憑借其原創(chuàng)性、廣闊發(fā)展前景和對人類的深遠(yuǎn)影響做到最好，用實(shí)際行動追逐中國人的諾貝爾之夢，贏得我們中國人多少年來的榮譽(yù)之戰(zhàn)。