應懷樵：“中國虛擬儀器之父”的諾貝爾情懷

5月24日，北京東方振動和噪聲技術研究所名譽所長應懷樵在第15屆北京國際科博會“2012中國戰略性新興產業發展論壇”上，作了題為《云智慧時代第三次工業革命正在走來——“從軟件制造儀器”到“軟件制造一切”》的主題演講。

在近半個世紀的歲月里，應懷樵始終以“砍柴樵夫”般的堅韌與頑強，跋涉在為中華崛起而奮斗的科學高峰上，即使古稀之年，面對“三度中風、四次心梗、七至閻王殿”的生命挑戰，他依然以超人的毅力、堅定的信念，戰勝病魔，執著奮進在創世界一流的“虛擬儀器”的科研陣地上。

支撐他的是中國科學界應為人類文明進步作出更大貢獻的巨大使命感與榮譽感，正是懷著這種振興中華、造福人類的理想追求，他數十年如一日，嘔心瀝血，將全部精力投入虛擬儀器（VI）科學研究之中。自主創新115項新技術，攻克十大世界性難題并填補國內空白，特別是對“傳遞函數的測試及實時控制和反演關鍵技術”的成功突破，為提高虛擬儀器測量精度和范圍開創了新途徑，繼而被認為“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”的美譽，這也使得中美兩國同步創造的虛擬儀器有了可問鼎諾貝爾物理學獎的堅定力量。

生命熔鑄：“虛擬儀器之父”是這樣煉成的

1941年7月，應懷樵出生于人文底蘊深厚的浙江紹興，應懷樵早年受篤信佛教的母親的熏陶，得益于蔡元培曾擔任校長的小學良好的教學傳統影響，使他從小就樹立了為中華民族崛起而讀書的遠大理想。1959年，應懷樵就讀浙江大學理論物理專業，后應國家需要全班調整為應用力學專業。1964年，大學畢業后，他被分配到中國鐵道科學院，致力于高速列車風洞課題研究，并到清華大學學習風洞測試分析技術。1965年，他參與我國核爆炸防護工程研究，接觸到震動噪聲和頻譜分析，開始了虛擬儀器的科研生涯，而早年五次轉換專業，則練就了他扎實的學術功底和多學科交叉研究課題的優勢。更重要的是，科技水平對國家命運的深刻影響更使他深感責任重大。成為世界一流的科學家，為國爭光成為了他深埋心中的夢想。而他也毫不諱言對諾貝爾獎的鐘情，在他看來，諾貝爾獎不僅是一種崇高的榮譽，更是激勵創新、造福人類的精神泉源。

應懷樵認為，以“四大發明”為標志，中華民族曾為人類科技進步作出重要貢獻，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興，中國科學家理應在高科技領域取得原創性的重大突破，并向諾貝爾獎奮力沖刺。這不僅是一個科學家應有的榮譽感，更是中華民族屹立世界民族之林的時代要求。

正是懷著這樣一份強烈的使命感和榮譽感，應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家，首先要有敏銳、超前發現重大課題的科研能力。應懷樵介紹說，所謂“‘虛擬儀器’其實并非是傳統的儀器，它是指集數據采集和信號調理器、信號處理技術與PC機技術于一體的以軟件為主的制造儀器”。事實上，1965年他參加國防核爆炸防護工程課題——地下鐵道核爆炸震動噪聲與動力學測試分析的研究，當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，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”。1973年他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，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全國防護工程學術會上，他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、清華大學副校長張維院士、同濟大學校長李國豪院士的贊揚和支持，這遠遠比美國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家，還要有瞄準國際前沿，不斷自我超越的創新意志。據了解，科學儀器與實驗技術發展至今已走過模擬式、數字式、智能式三個階段，從1983年至1986年，開始出現第四代儀器即虛擬儀器（簡稱VI）。而應懷樵的研究始終走在國際前列。1979年，他編撰的具有該領域應用成果的國內首部專編著《振動測試和分析》出版發行，1982年編著的《CZ測震儀與測振技術》出版發行，1983年出版了具有中國虛擬儀器早期構思實例框圖的《波形和頻譜分析與隨機數據處理》。1985年他自籌資金創建了東方振動和噪聲技術研究所（以下簡稱“東方所”），開始系統從事虛擬儀器庫、移動實驗室技術研究，提出“把實驗室拎著走”的目標，正式立題“DASP虛擬儀器庫—振動噪聲、模態分析移動實驗室技術”研究，為此，他自立課題、自籌資金開始研究“PC卡泰”（PCCATAI）—微機卡式自動采集測試分析儀器。應懷樵還是國內外最早提出“用軟件制造儀器”、“用軟硬件相結合”來取代傳統儀器的學者。此后，依靠持續創新，他帶領團隊突破了虛擬儀器的核心技術，開發出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，成功研制了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“達世普”虛擬儀器庫系統。據了解，此系統是我國最早研制成功的虛擬儀器產品，一舉實現了“把實驗室拎著走”的目標。

1988年9月16日，中國虛擬儀器應用于火箭激振錢塘江大橋模態實驗圓滿成功。1993年3月，該儀器參加北京新技術展覽會，并遠赴加拿大參展獲一致好評。1995年用于“長三捆”火箭全箭模態實驗。1996年用于神舟載人飛船移動發射平臺模態實驗。2004年用于航天員超重訓練設備臂架系統模態分析。2007年，在第二屆全國虛擬儀器學術交流大會上，東方所的卓越貢獻受到高度評價，應懷樵被譽為“中國虛擬儀器之父”。

產業報國：讓DASP虛擬儀器庫運行在每個實驗臺

伴隨經濟全球化及信息時代的來臨，如何在世界高科技領域擁有一席之地，如何將中國的高科技產品行銷全世界，已經正成為中華民族是否真正崛起的重要標志之一。

數十載春秋，對十大世界性難題的解決讓其成為具有中華民族自主知識產權關鍵技術的經歷，為應懷樵平添了幾分豪邁與自信。

一是基于平臺式設計的VI庫技術。用軟件制造儀器，軟硬件結合取代傳統儀器，這一具有里程碑式劃時代意義的新路線對儀器制造業和測試技術界產生了巨大影響，代表了我國在VI研發方面的最高水平；二是變時基（VTB）傳遞函數（導納）測量分析方法。達到國際領先水平，獲國家發明專利。已完成神舟飛船750噸移動發射平臺、“長三捆”大型運載火箭、航天員超重訓練機模態實驗等數十項國家重點項目，效果優良；三是高精度頻率、幅值、相位和阻尼測量技術。東方所原創的高精度頻率計和幅值計，比國外常規方法提高精度100萬倍，具有重大國際影響力；四是超低頻信號快速測量技術，達到國際領先水平；五是原創倒熵熵、倒熵富、倒富熵等三種倒熵譜分析方法，達到倒譜分析的國際領先水平；六是FFT/DFT分析方法，成為目前頻譜細化主要方法之一，達到國際領先；七是振動全息AVD“一入三出”實時測試分析創新技術，原創性地提出了全程微積分方法，實現AVD“一入三出”振動全息實時動態連續測量，達到國際領先；八是自動化模態分析方法。一般人員通過簡單操作即可獲得專家級的模態分析結果；九是24位“雙核”變幅基A/D高精度超量程160dB數采儀技術達到國內首創，國際領先；十是突破傳遞函數的測試及實時控制和反演關鍵技術為提高儀器測量精度和范圍開辟新途徑。此技術是一項世界難題，可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。

僅擁有一流的科研實踐成果還遠遠不夠，在應懷樵眼里，諾貝爾不僅是一位杰出的科學家，還是一代企業家對科學及人類進步事業的熱愛，憑借巨額財富設立的諾貝爾獎，使諾貝爾成功激勵了一代又一代熱愛科學與進步的杰出人物，為人類文明的進步做出了不可磨滅的貢獻。為此，當虛擬儀器技術攀上科學頂峰的時候，應懷樵直面七次與死神擦肩而過的生命危機，依然沒有停止探索與奮進的腳步，開始積極思考中國虛擬儀器的產業化之路，樹立起了“讓INV系統走進每一個實驗室，讓DASP軟件運行在每個實驗臺上”的宏大目標。

為此目標，他在建所之初就提出“勤奮、創新、堅持、自強、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”的處事準則等基礎上，發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文化，加強了東方所的文化凝聚力。

以此為紐帶，東方所不斷加強人才隊伍建設，一方面加強與全國重點高校合作，為國家培養出大批專業急需人才，以及行業高端人才，該所研究團隊也擴大到60余人，擁有博士、碩士數十名，成為虛擬儀器領域一支重要力量。另一方面他還成功組織和主持了24屆全國振動與噪聲高技術學術會議，1997年至今主編《現代振動與噪聲技術》九卷等十多部專著及《倒熵譜研究》等150多篇論文報告。同時，他還不斷致力于創新軟硬件的研發，推出CPCI式INV3020和LAN以太網式INV3060、USB式INV3018系列新產品，無線INV9500、手持式INV3080等硬件新產品和DASP的最新軟件版本，并積極推動產品市場化。

“軟件制造儀器，軟硬件結合取代傳統儀器”能省掉大量昂貴和笨重的硬件材料和人力物力、設備、廠房和能源，便于生產和攜帶。這是一條劃時代的新途徑，是科學儀器和測試領域的一次突破和革命，是21世紀的儀器的重要發展方向，是中華民族原創的具有自主知識產權的重大發明之一。中國虛擬儀器DASP軟件和INV移動實驗室系統是與美國NI同步并行研發的，其中自主創新115項新技術，其中20多項達國際領先水平，是研發最早且核心技術搞得最好的科研成果。

截至目前，該成果產品累計銷往2000多家用戶，經濟效益超過1億元，打破了此類儀器長期依賴進口的局面，為國家節省外匯數億美元。目前，已廣泛用于國防軍工、航天航空等許多部門，參與完成上百項國家重大工程項目測試。若在國內全面推廣，其經濟價值按我國2007年儀器產值估算，按軟件取代硬件30%到一半計算，將每年產生600億至1000億元的巨大價值，為促進技術變革和推動新興產業形成，造福國計民生發揮重大作用。

面對激烈的國際競爭與廣闊的國際市場，應懷樵認為中國虛擬儀器產業化之路任重道遠，“達到世界普及”，這是一個目標，更是一種信念。以領先的科技與執著的信念支撐，應懷樵和他的虛擬儀器產業化之路必將迎來勝利曙光，而作為科學家，應懷樵瞄準國際前沿的戰略思考從未停止，隨著“云計算”和“物聯網”時代的到來，他又在國內外率先提出實驗室網絡云時代——“云智慧儀器實驗室”與“云智慧故障診斷中心”和“智慧儀器”的構想，提議國家盡快開展相關研究。

正如諾貝爾獎的創立者曾經踐行的，科學精神與產業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新意志跋涉于科學與產業化之路的“中國虛擬儀器之父”應懷樵教授所真正鐘情的。