科技創新造福祉 陽光灑滿沖諾路——訪“中國虛擬儀器之父”應懷樵教授

本刊記者 毛艷玲

科技創新造福祉 陽光灑滿沖諾路
——訪“中國虛擬儀器之父”應懷樵教授

本刊記者 毛艷玲

“中國需要諾貝爾獎，更需要諾貝爾精神?！币虼耍灾Z貝爾獎創辦一個多世紀以來，盡管新中國的科學界一直缺席此項大獎，但在攀登這一科學圣殿的路途上，中國科學家仍沒有氣餒……

“應教授原創性地提出由軟件構成的在數采過程中實時快速精確測試幅頻和相頻曲線，并通過YSL專門技術實時實現傳遞函數的控制和反演，已在DASP軟件中取得成功應用。此技術可以極大擴展儀器的頻率測試范圍，提高測試精度，極具國際競爭力。使得中美兩國創造的虛擬儀器達到可以問鼎諾貝爾物理學獎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明之后，對人類文明有重要意義和影響的現代發明之一。”

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

此評價并不是空穴來風，自踏入科學研究之路以來，應懷樵，這位手持科學利劍舞動科壇的老科技工作者，一生中做出的突出成績為推動人類文明進程貢獻了巨大作用：他在1979年原創性地提出“用軟件制造儀器，軟硬件相結合”的理論，其關鍵技術成功打破振動與噪聲、信號處理及虛擬儀器學術領域長期為國外公司壟斷的局面，讓中國人在該領域有了絕對的發言權。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元素的國內科技界帶來了無限的活力，也讓中國原創技術成功屹立于世界科技之林，為中華民族在國際科學界爭了氣。

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

科技篇：把實驗室“拎著走”的神奇虛擬儀器

一說到儀器，您的腦海是否會浮現出一些笨重，巨大的金屬制品？在實驗室、工廠及野外作業，為完成某項測試和維修任務，通常需要許多儀器。如：信號源，電壓表，頻譜分析儀，通常復雜的電路系統還需要邏輯分析儀，IC測試儀等。這么多的儀器不但價格昂貴、體積大、占用空間，而且互聯也十分麻煩。

虛擬儀器的產生，徹底改變了這樣的狀況。區別于傳統意義上的儀器，虛擬儀器是集數據采集和信號調理器、信號處理技術與PC機技術于一體的“軟件為主制造儀器”，而它的神奇強大之處在于某種程度上能夠替代現有的多數設備！

科學技術的每一次重大突破總會促使人類社會產生巨大變革。正如瓦特發明蒸汽機使人類跨入工業時代，倫琴發現X射線揭開了20世紀物理學革命的序幕一樣，可以想象，未來一旦虛擬儀器得到普遍推廣與應用，無論是實驗室、工廠，還是野外作業或其他需要儀器協助的場合，工作人員都可以從繁瑣笨重的勞動中解脫出來，輕松快捷地實現實驗及工作任務。這將推動人類科學儀器與試驗技術發展的又一次革命。

從1979年應懷樵提出“軟件制造儀器”到1986年美國提出“軟件即是儀器”，V I基本實現了“把實驗室拎著走”，“讓I N V系統走進每一個實驗室，讓DASP軟件運行在每個試驗臺上”等一系列的突破。

應懷樵所帶領的東方振動與噪聲技術研究所，作為該領域可以代表世界先進水平的“門戶”，其研發出的虛擬儀器系列產品包含112項自主創新的信號處理與VI新技術的原創產品即DASP虛擬儀器庫、INV移動實驗室。作為具有我國自主產權的VI產品，不但實現技術世界領先，而且其體積縮小至目前的僅有筆記本大小，實現了“把實驗室拎著走”的理念。其研發的中國虛擬儀器（VI）PC卡泰101，1988年在杭州錢塘江大橋火箭激振模態試驗獲得圓滿成功；開發出了適合便攜機和筆記本使用的小型數采卡和大容量數據采集分析（LCAS）軟件，研制成功INV303/306系列（臺式和筆記本式）大容量智能數據采集和信號處理系統以及DASP虛擬儀器庫系統等，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態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先水平。因此中國VI是中華民族原創的對人類文明過程有杰出貢獻的高科技成果，具備了問鼎諾貝爾獎的必要條件。

事實證明，“虛擬儀器”省掉大量昂貴和笨重的硬件材料和人力物力、設備、廠房及能源，便于生產、攜帶。目前已廣泛應用于國防軍工、航天航空等多個部門，參與完成火箭、神舟飛船、大橋、高鐵、大型建筑和設備等上百項國家重大工程項目的測試。據不完全統計，應懷樵所帶領的東方所已有2000多家用戶，累計經濟效益超過一億元，為國家節省外匯約數億美元。為促進技術變革和推動新興產業的形成，造福國計民生發揮重大作用。

正如諾貝爾獎所倡導的“科學技術要為推動人類文明進程做出杰出貢獻”的精神一樣，應懷樵正引領著虛擬儀器技術與應用一步一步朝著推動人類文明進程的方向行進。

精神篇：中國需要諾貝爾獎，更需要諾貝爾精神

科學成就的背后，還有比成就本身更具重大意義的東西，那就是精神。應懷樵一生經歷無數風雨難關，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，有了敢于創新的決心、責任心和敬業心。

應懷樵一生中五換專業為人所津津樂道，為追尋心中的科學夢想，他先后在浙江大學學習理論物理、數學力學系應用力學和清華大學流體力學專業，學習風洞技術，1965年參加我國原子彈和氫彈的核效應工程試驗，學習原子彈爆炸測試技術，之后又學習了模擬計算機，專業涉及到振動和頻譜分析。正是由于一生中五次專業的轉折，才讓應懷樵有著豐厚的理論知識積淀和實踐經驗的積累，才讓他磨就了一雙砍柴的寶刀。

虛擬儀器技術進入應懷樵的視野決不是偶然的。1965年應懷樵教授在參加國防科研核爆炸防護工程課題——地下鐵道核爆炸振動噪聲與動力學測試分析的研究中，發現地鐵道床的下沉殘余位移（0Hz）用硬件設備無法獲得，由此就萌生了虛擬儀器的大膽構想——“用數字算法和軟件取代硬件”。應教授1973年原創性地開始嘗試用數字計算機的軟件數字積分取代傳統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全國防護工程學術會（保密）會上，他原創提出虛擬儀器的核心概念——“軟件制造儀器”，獲得主持會議的中科院力學所所長鄭哲敏院士、清華副校長張維院士、同濟校長李國豪院士的贊揚和支持。比美國NI公司“軟件是儀器”的概念提出早7年。

上世紀90年代，應懷樵研發的虛擬儀器技術已受到了國內外的廣泛關注，并在市場上初露鋒芒。然而，由于超負荷的工作，長期加班熬夜和巨大壓力導致過度疲勞，1994年1月，在北京郵電大學學術交流大會報告的講臺上，突發腦出血，送往醫院急救，昏迷了三天，左邊半身不遂，出院后，柱上了拐杖。2003年突發腦血栓，2004年，突發心梗阻……

三次中風、四次心梗，應懷樵到鬼門關口走了7遭，參透生死之間，他深刻意識到培養后續力量以傳承科學夢想的重要性，病情稍稍穩定，他就咬牙硬挺著開始著手各項工作。手腳不聽使喚，他就用大腦思考問題，籌劃研究所發展；腿腳不好，他就拄著拐杖到辦公室，敦促和指導年輕人積極進取，并提出了東方所企業文化，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、博士生合作導師，舉辦講座等形式，他為國家培養了一大批國內急需的動態測試與信號處理技術方面的專業人才。

對于諾貝爾精神，國際著名的科學家、中國科學院院士徐至展教授是這樣概括的：“就是不斷的、持續的、一個接一個的、后人在前人基礎上的創新和求實，以及科學家永恒的獻身精神。”堅守心中的執著，相信會有一種精神沉淀其中，從應懷樵等一批堅持不懈的科學家身上，我們可以看到諾貝爾獎花落中國的希望。