應(yīng)懷樵：“中國虛擬儀器之父”的諾貝爾情懷

5月24日，北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所名譽(yù)所長應(yīng)懷樵在第15屆北京國際科博會(huì)“2012中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇”上，作了題為《云智慧時(shí)代第三次工業(yè)革命正在走來——“從軟件制造儀器”到“軟件制造一切”》的主題演講。

在近半個(gè)世紀(jì)的歲月里，應(yīng)懷樵始終以“砍柴樵夫”般的堅(jiān)韌與頑強(qiáng)，跋涉在為中華崛起而奮斗的科學(xué)高峰上，即使古稀之年，面對(duì)“三度中風(fēng)、四次心梗、七至閻王殿”的生命挑戰(zhàn)，他依然以超人的毅力、堅(jiān)定的信念，戰(zhàn)勝病魔，執(zhí)著奮進(jìn)在創(chuàng)世界一流的“虛擬儀器”的科研陣地上。

支撐他的是中國科學(xué)界應(yīng)為人類文明進(jìn)步作出更大貢獻(xiàn)的巨大使命感與榮譽(yù)感，正是懷著這種振興中華、造福人類的理想追求，他數(shù)十年如一日，嘔心瀝血，將全部精力投入虛擬儀器（VI）科學(xué)研究之中。自主創(chuàng)新115項(xiàng)新技術(shù)，攻克十大世界性難題并填補(bǔ)國內(nèi)空白，特別是對(duì)“傳遞函數(shù)的測(cè)試及實(shí)時(shí)控制和反演關(guān)鍵技術(shù)”的成功突破，為提高虛擬儀器測(cè)量精度和范圍開創(chuàng)了新途徑，繼而被認(rèn)為“可與‘光纖之父’諾獎(jiǎng)得主高錕教授的‘光纖通信’成果相提并論”的美譽(yù)，這也使得中美兩國同步創(chuàng)造的虛擬儀器有了可問鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的堅(jiān)定力量。

生命熔鑄：“虛擬儀器之父”是這樣煉成的

1941年7月，應(yīng)懷樵出生于人文底蘊(yùn)深厚的浙江紹興，應(yīng)懷樵早年受篤信佛教的母親的熏陶，得益于蔡元培曾擔(dān)任校長的小學(xué)良好的教學(xué)傳統(tǒng)影響，使他從小就樹立了為中華民族崛起而讀書的遠(yuǎn)大理想。1959年，應(yīng)懷樵就讀浙江大學(xué)理論物理專業(yè)，后應(yīng)國家需要全班調(diào)整為應(yīng)用力學(xué)專業(yè)。1964年，大學(xué)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)學(xué)習(xí)風(fēng)洞測(cè)試分析技術(shù)。1965年，他參與我國核爆炸防護(hù)工程研究，接觸到震動(dòng)噪聲和頻譜分析，開始了虛擬儀器的科研生涯，而早年五次轉(zhuǎn)換專業(yè)，則練就了他扎實(shí)的學(xué)術(shù)功底和多學(xué)科交叉研究課題的優(yōu)勢(shì)。更重要的是，科技水平對(duì)國家命運(yùn)的深刻影響更使他深感責(zé)任重大。成為世界一流的科學(xué)家，為國爭(zhēng)光成為了他深埋心中的夢(mèng)想。而他也毫不諱言對(duì)諾貝爾獎(jiǎng)的鐘情，在他看來，諾貝爾獎(jiǎng)不僅是一種崇高的榮譽(yù)，更是激勵(lì)創(chuàng)新、造福人類的精神泉源。

應(yīng)懷樵認(rèn)為，以“四大發(fā)明”為標(biāo)志，中華民族曾為人類科技進(jìn)步作出重要貢獻(xiàn)，然而，中華民資卻在近代以來落伍了。伴隨著中華民族的偉大復(fù)興，中國科學(xué)家理應(yīng)在高科技領(lǐng)域取得原創(chuàng)性的重大突破，并向諾貝爾獎(jiǎng)奮力沖刺。這不僅是一個(gè)科學(xué)家應(yīng)有的榮譽(yù)感，更是中華民族屹立世界民族之林的時(shí)代要求。

正是懷著這樣一份強(qiáng)烈的使命感和榮譽(yù)感，應(yīng)懷樵走出了一條不平凡的科研探索之路。要成為世界一流的科學(xué)家，首先要有敏銳、超前發(fā)現(xiàn)重大課題的科研能力。應(yīng)懷樵介紹說，所謂“‘虛擬儀器’其實(shí)并非是傳統(tǒng)的儀器，它是指集數(shù)據(jù)采集和信號(hào)調(diào)理器、信號(hào)處理技術(shù)與PC機(jī)技術(shù)于一體的以軟件為主的制造儀器”。事實(shí)上，1965年他參加國防核爆炸防護(hù)工程課題——地下鐵道核爆炸震動(dòng)噪聲與動(dòng)力學(xué)測(cè)試分析的研究，當(dāng)他遇到地鐵道床的下沉殘余位移（OHz）用硬件無法獲得的難題時(shí)，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”。1973年他開始嘗試用數(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，并于1979年獲得成功，成為虛擬儀器的最早成功范例。同年于杭州召開的國防科委核試驗(yàn)全國防護(hù)工程學(xué)術(shù)會(huì)上，他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、清華大學(xué)副校長張維院士、同濟(jì)大學(xué)校長李國豪院士的贊揚(yáng)和支持，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)比美國NI公司“軟件是儀器”的概念提出早了七年。

要成為世界一流的科學(xué)家，還要有瞄準(zhǔn)國際前沿，不斷自我超越的創(chuàng)新意志。據(jù)了解，科學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展至今已走過模擬式、數(shù)字式、智能式三個(gè)階段，從1983年至1986年，開始出現(xiàn)第四代儀器即虛擬儀器（簡(jiǎn)稱VI）。而應(yīng)懷樵的研究始終走在國際前列。1979年，他編撰的具有該領(lǐng)域應(yīng)用成果的國內(nèi)首部專編著《振動(dòng)測(cè)試和分析》出版發(fā)行，1982年編著的《CZ測(cè)震儀與測(cè)振技術(shù)》出版發(fā)行，1983年出版了具有中國虛擬儀器早期構(gòu)思實(shí)例框圖的《波形和頻譜分析與隨機(jī)數(shù)據(jù)處理》。1985年他自籌資金創(chuàng)建了東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“東方所”），開始系統(tǒng)從事虛擬儀器庫、移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研究，提出“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)，正式立題“DASP虛擬儀器庫—振動(dòng)噪聲、模態(tài)分析移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)”研究，為此，他自立課題、自籌資金開始研究“PC卡泰”（PCCATAI）—微機(jī)卡式自動(dòng)采集測(cè)試分析儀器。應(yīng)懷樵還是國內(nèi)外最早提出“用軟件制造儀器”、“用軟硬件相結(jié)合”來取代傳統(tǒng)儀器的學(xué)者。此后，依靠持續(xù)創(chuàng)新，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了虛擬儀器的核心技術(shù)，開發(fā)出適合便攜機(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，成功研制了臺(tái)式和筆記本式大容量智能數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理系統(tǒng)以及DASP“達(dá)世普”虛擬儀器庫系統(tǒng)。據(jù)了解，此系統(tǒng)是我國最早研制成功的虛擬儀器產(chǎn)品，一舉實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)。

1988年9月16日，中國虛擬儀器應(yīng)用于火箭激振錢塘江大橋模態(tài)實(shí)驗(yàn)圓滿成功。1993年3月，該儀器參加北京新技術(shù)展覽會(huì)，并遠(yuǎn)赴加拿大參展獲一致好評(píng)。1995年用于“長三捆”火箭全箭模態(tài)實(shí)驗(yàn)。1996年用于神舟載人飛船移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)模態(tài)實(shí)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。2007年，在第二屆全國虛擬儀器學(xué)術(shù)交流大會(huì)上，東方所的卓越貢獻(xiàn)受到高度評(píng)價(jià)，應(yīng)懷樵被譽(yù)為“中國虛擬儀器之父”。

產(chǎn)業(yè)報(bào)國：讓DASP虛擬儀器庫運(yùn)行在每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

伴隨經(jīng)濟(jì)全球化及信息時(shí)代的來臨，如何在世界高科技領(lǐng)域擁有一席之地，如何將中國的高科技產(chǎn)品行銷全世界，已經(jīng)正成為中華民族是否真正崛起的重要標(biāo)志之一。

數(shù)十載春秋，對(duì)十大世界性難題的解決讓其成為具有中華民族自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)關(guān)鍵技術(shù)的經(jīng)歷，為應(yīng)懷樵平添了幾分豪邁與自信。

一是基于平臺(tái)式設(shè)計(jì)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(shí)代意義的新路線對(duì)儀器制造業(yè)和測(cè)試技術(shù)界產(chǎn)生了巨大影響，代表了我國在VI研發(fā)方面的最高水平；二是變時(shí)基（VTB）傳遞函數(shù)（導(dǎo)納）測(cè)量分析方法。達(dá)到國際領(lǐng)先水平，獲國家發(fā)明專利。已完成神舟飛船750噸移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)、“長三捆”大型運(yùn)載火箭、航天員超重訓(xùn)練機(jī)模態(tài)實(shí)驗(yàn)等數(shù)十項(xiàng)國家重點(diǎn)項(xiàng)目，效果優(yōu)良；三是高精度頻率、幅值、相位和阻尼測(cè)量技術(shù)。東方所原創(chuàng)的高精度頻率計(jì)和幅值計(jì)，比國外常規(guī)方法提高精度100萬倍，具有重大國際影響力；四是超低頻信號(hào)快速測(cè)量技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；五是原創(chuàng)倒熵熵、倒熵富、倒富熵等三種倒熵譜分析方法，達(dá)到倒譜分析的國際領(lǐng)先水平；六是FFT/DFT分析方法，成為目前頻譜細(xì)化主要方法之一，達(dá)到國際領(lǐng)先；七是振動(dòng)全息AVD“一入三出”實(shí)時(shí)測(cè)試分析創(chuàng)新技術(shù)，原創(chuàng)性地提出了全程微積分方法，實(shí)現(xiàn)AVD“一入三出”振動(dòng)全息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量，達(dá)到國際領(lǐng)先；八是自動(dòng)化模態(tài)分析方法。一般人員通過簡(jiǎn)單操作即可獲得專家級(jí)的模態(tài)分析結(jié)果；九是24位“雙核”變幅基A/D高精度超量程160dB數(shù)采儀技術(shù)達(dá)到國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先；十是突破傳遞函數(shù)的測(cè)試及實(shí)時(shí)控制和反演關(guān)鍵技術(shù)為提高儀器測(cè)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(cè)試范圍，提高測(cè)試精度，極具國際競(jìng)爭(zhēng)力。

僅擁有一流的科研實(shí)踐成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在應(yīng)懷樵眼里，諾貝爾不僅是一位杰出的科學(xué)家，還是一代企業(yè)家對(duì)科學(xué)及人類進(jìn)步事業(yè)的熱愛，憑借巨額財(cái)富設(shè)立的諾貝爾獎(jiǎng)，使諾貝爾成功激勵(lì)了一代又一代熱愛科學(xué)與進(jìn)步的杰出人物，為人類文明的進(jìn)步做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。為此，當(dāng)虛擬儀器技術(shù)攀上科學(xué)頂峰的時(shí)候，應(yīng)懷樵直面七次與死神擦肩而過的生命危機(jī)，依然沒有停止探索與奮進(jìn)的腳步，開始積極思考中國虛擬儀器的產(chǎn)業(yè)化之路，樹立起了“讓INV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)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上”的宏大目標(biāo)。

為此目標(biāo)，他在建所之初就提出“勤奮、創(chuàng)新、堅(jiān)持、自強(qiáng)、和諧”的十字座右銘和完全自由的判斷與討論的“玻爾所”精神及“六要三不要”的處事準(zhǔn)則等基礎(chǔ)上，發(fā)展成為涵蓋精神追求、道德情操的18條共336字法則及幸福六大原則的企業(yè)文化，加強(qiáng)了東方所的文化凝聚力。

以此為紐帶，東方所不斷加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，一方面加強(qiáng)與全國重點(diǎn)高校合作，為國家培養(yǎng)出大批專業(yè)急需人才，以及行業(yè)高端人才，該所研究團(tuán)隊(duì)也擴(kuò)大到60余人，擁有博士、碩士數(shù)十名，成為虛擬儀器領(lǐng)域一支重要力量。另一方面他還成功組織和主持了24屆全國振動(dòng)與噪聲高技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，1997年至今主編《現(xiàn)代振動(dòng)與噪聲技術(shù)》九卷等十多部專著及《倒熵譜研究》等150多篇論文報(bào)告。同時(shí)，他還不斷致力于創(chuàng)新軟硬件的研發(fā)，推出CPCI式INV3020和LAN以太網(wǎng)式INV3060、USB式INV3018系列新產(chǎn)品，無線INV9500、手持式INV3080等硬件新產(chǎn)品和DASP的最新軟件版本，并積極推動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)化。

“軟件制造儀器，軟硬件結(jié)合取代傳統(tǒng)儀器”能省掉大量昂貴和笨重的硬件材料和人力物力、設(shè)備、廠房和能源，便于生產(chǎn)和攜帶。這是一條劃時(shí)代的新途徑，是科學(xué)儀器和測(cè)試領(lǐng)域的一次突破和革命，是21世紀(jì)的儀器的重要發(fā)展方向，是中華民族原創(chuàng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大發(fā)明之一。中國虛擬儀器DASP軟件和INV移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)是與美國NI同步并行研發(fā)的，其中自主創(chuàng)新115項(xiàng)新技術(shù)，其中20多項(xiàng)達(dá)國際領(lǐng)先水平，是研發(fā)最早且核心技術(shù)搞得最好的科研成果。

截至目前，該成果產(chǎn)品累計(jì)銷往2000多家用戶，經(jīng)濟(jì)效益超過1億元，打破了此類儀器長期依賴進(jìn)口的局面，為國家節(jié)省外匯數(shù)億美元。目前，已廣泛用于國防軍工、航天航空等許多部門，參與完成上百項(xiàng)國家重大工程項(xiàng)目測(cè)試。若在國內(nèi)全面推廣，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值按我國2007年儀器產(chǎn)值估算，按軟件取代硬件30%到一半計(jì)算，將每年產(chǎn)生600億至1000億元的巨大價(jià)值，為促進(jìn)技術(shù)變革和推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)形成，造福國計(jì)民生發(fā)揮重大作用。

面對(duì)激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)與廣闊的國際市場(chǎng)，應(yīng)懷樵認(rèn)為中國虛擬儀器產(chǎn)業(yè)化之路任重道遠(yuǎn)，“達(dá)到世界普及”，這是一個(gè)目標(biāo)，更是一種信念。以領(lǐng)先的科技與執(zhí)著的信念支撐，應(yīng)懷樵和他的虛擬儀器產(chǎn)業(yè)化之路必將迎來勝利曙光，而作為科學(xué)家，應(yīng)懷樵瞄準(zhǔn)國際前沿的戰(zhàn)略思考從未停止，隨著“云計(jì)算”和“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的到來，他又在國內(nèi)外率先提出實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)云時(shí)代——“云智慧儀器實(shí)驗(yàn)室”與“云智慧故障診斷中心”和“智慧儀器”的構(gòu)想，提議國家盡快開展相關(guān)研究。

正如諾貝爾獎(jiǎng)的創(chuàng)立者曾經(jīng)踐行的，科學(xué)精神與產(chǎn)業(yè)之路的生命熔鑄將帶給人類更加美好的未來?；蛟S，這正是以不竭的生命激情與創(chuàng)新意志跋涉于科學(xué)與產(chǎn)業(yè)化之路的“中國虛擬儀器之父”應(yīng)懷樵教授所真正鐘情的。