科技创新造福祉 阳光洒满冲诺路——访“中国虚拟仪器之父”应怀樵教授

本刊记者 毛艳玲

科技创新造福祉 阳光洒满冲诺路
——访“中国虚拟仪器之父”应怀樵教授

本刊记者 毛艳玲

“中国需要诺贝尔奖，更需要诺贝尔精神。”因此，自诺贝尔奖创办一个多世纪以来，尽管新中国的科学界一直缺席此项大奖，但在攀登这一科学圣殿的路途上，中国科学家仍没有气馁……

“应教授原创性地提出由软件构成的在数采过程中实时快速精确测试幅频和相频曲线，并通过YSL专门技术实时实现传递函数的控制和反演，已在DASP软件中取得成功应用。此技术可以极大扩展仪器的频率测试范围，提高测试精度，极具国际竞争力。使得中美两国创造的虚拟仪器达到可以问鼎诺贝尔物理学奖的具有世界性重大意义的成果。其意义可与光纤之父诺贝尔奖得主高锟教授的光纤通信的成果相提并论。是中华民族继古代四大发明之后，对人类文明有重要意义和影响的现代发明之一。”

2011年4月18日，《香港文汇报》对“中国虚拟仪器之父”、北京东方振动和噪声技术研究所名誉所长应怀樵教授的研究做出了如是评价。

此评价并不是空穴来风，自踏入科学研究之路以来，应怀樵，这位手持科学利剑舞动科坛的老科技工作者，一生中做出的突出成绩为推动人类文明进程贡献了巨大作用：他在1979年原创性地提出“用软件制造仪器，软硬件相结合”的理论，其关键技术成功打破振动与噪声、信号处理及虚拟仪器学术领域长期为国外公司垄断的局面，让中国人在该领域有了绝对的发言权。该理论与1986年美国提出的“软件即是仪器”不谋而合。他的“虚拟仪器”不仅给长期缺乏原创元素的国内科技界带来了无限的活力，也让中国原创技术成功屹立于世界科技之林，为中华民族在国际科学界争了气。

那么，所谓的虚拟仪器究竟是怎样的一种科学仪器？它的产生究竟能为人类社会带来怎样的福祉从而得以冲击诺贝尔奖？应怀樵教授又是如何得出这一理论并加以实践的？抱着这一系列疑问，记者采访了应教授。

科技篇：把实验室“拎着走”的神奇虚拟仪器

一说到仪器，您的脑海是否会浮现出一些笨重，巨大的金属制品？在实验室、工厂及野外作业，为完成某项测试和维修任务，通常需要许多仪器。如：信号源，电压表，频谱分析仪，通常复杂的电路系统还需要逻辑分析仪，IC测试仪等。这么多的仪器不但价格昂贵、体积大、占用空间，而且互联也十分麻烦。

虚拟仪器的产生，彻底改变了这样的状况。区别于传统意义上的仪器，虚拟仪器是集数据采集和信号调理器、信号处理技术与PC机技术于一体的“软件为主制造仪器”，而它的神奇强大之处在于某种程度上能够替代现有的多数设备！

科学技术的每一次重大突破总会促使人类社会产生巨大变革。正如瓦特发明蒸汽机使人类跨入工业时代，伦琴发现X射线揭开了20世纪物理学革命的序幕一样，可以想象，未来一旦虚拟仪器得到普遍推广与应用，无论是实验室、工厂，还是野外作业或其他需要仪器协助的场合，工作人员都可以从繁琐笨重的劳动中解脱出来，轻松快捷地实现实验及工作任务。这将推动人类科学仪器与试验技术发展的又一次革命。

从1979年应怀樵提出“软件制造仪器”到1986年美国提出“软件即是仪器”，V I基本实现了“把实验室拎着走”，“让I N V系统走进每一个实验室，让DASP软件运行在每个试验台上”等一系列的突破。

应怀樵所带领的东方振动与噪声技术研究所，作为该领域可以代表世界先进水平的“门户”，其研发出的虚拟仪器系列产品包含112项自主创新的信号处理与VI新技术的原创产品即DASP虚拟仪器库、INV移动实验室。作为具有我国自主产权的VI产品，不但实现技术世界领先，而且其体积缩小至目前的仅有笔记本大小，实现了“把实验室拎着走”的理念。其研发的中国虚拟仪器（VI）PC卡泰101，1988年在杭州钱塘江大桥火箭激振模态试验获得圆满成功；开发出了适合便携机和笔记本使用的小型数采卡和大容量数据采集分析（LCAS）软件，研制成功INV303/306系列（台式和笔记本式）大容量智能数据采集和信号处理系统以及DASP虚拟仪器库系统等，1993年去加拿大展出，获国外同行好评。更难能可贵的是，他们还攻克了十大世界性难题，使我国虚拟仪器和动态测试分析仪器从一般的低精度低档次测量仪器跃入了高端高精度测量仪器的领先水平。因此中国VI是中华民族原创的对人类文明过程有杰出贡献的高科技成果，具备了问鼎诺贝尔奖的必要条件。

事实证明，“虚拟仪器”省掉大量昂贵和笨重的硬件材料和人力物力、设备、厂房及能源，便于生产、携带。目前已广泛应用于国防军工、航天航空等多个部门，参与完成火箭、神舟飞船、大桥、高铁、大型建筑和设备等上百项国家重大工程项目的测试。据不完全统计，应怀樵所带领的东方所已有2000多家用户，累计经济效益超过一亿元，为国家节省外汇约数亿美元。为促进技术变革和推动新兴产业的形成，造福国计民生发挥重大作用。

正如诺贝尔奖所倡导的“科学技术要为推动人类文明进程做出杰出贡献”的精神一样，应怀樵正引领着虚拟仪器技术与应用一步一步朝着推动人类文明进程的方向行进。

精神篇：中国需要诺贝尔奖，更需要诺贝尔精神

科学成就的背后，还有比成就本身更具重大意义的东西，那就是精神。应怀樵一生经历无数风雨难关，但他心里始终有一束光，就是科技造福人类之光，因着这一道光，他有了雨后阳光的信心、爱心和耐心，有了敢于创新的决心、责任心和敬业心。

应怀樵一生中五换专业为人所津津乐道，为追寻心中的科学梦想，他先后在浙江大学学习理论物理、数学力学系应用力学和清华大学流体力学专业，学习风洞技术，1965年参加我国原子弹和氢弹的核效应工程试验，学习原子弹爆炸测试技术，之后又学习了模拟计算机，专业涉及到振动和频谱分析。正是由于一生中五次专业的转折，才让应怀樵有着丰厚的理论知识积淀和实践经验的积累，才让他磨就了一双砍柴的宝刀。

虚拟仪器技术进入应怀樵的视野决不是偶然的。1965年应怀樵教授在参加国防科研核爆炸防护工程课题——地下铁道核爆炸振动噪声与动力学测试分析的研究中，发现地铁道床的下沉残余位移（0Hz）用硬件设备无法获得，由此就萌生了虚拟仪器的大胆构想——“用数字算法和软件取代硬件”。应教授1973年原创性地开始尝试用数字计算机的软件数字积分取代传统硬件模拟积分的方法解决上述难题，1979年获得成功，这是虚拟仪器的最早成功范例。同年在杭州召开的在国防科委核试验全国防护工程学术会（保密）会上，他原创提出虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器”，获得主持会议的中科院力学所所长郑哲敏院士、清华副校长张维院士、同济校长李国豪院士的赞扬和支持。比美国NI公司“软件是仪器”的概念提出早7年。

上世纪90年代，应怀樵研发的虚拟仪器技术已受到了国内外的广泛关注，并在市场上初露锋芒。然而，由于超负荷的工作，长期加班熬夜和巨大压力导致过度疲劳，1994年1月，在北京邮电大学学术交流大会报告的讲台上，突发脑出血，送往医院急救，昏迷了三天，左边半身不遂，出院后，柱上了拐杖。2003年突发脑血栓，2004年，突发心梗阻……

三次中风、四次心梗，应怀樵到鬼门关口走了7遭，参透生死之间，他深刻意识到培养后续力量以传承科学梦想的重要性，病情稍稍稳定，他就咬牙硬挺着开始着手各项工作。手脚不听使唤，他就用大脑思考问题，筹划研究所发展；腿脚不好，他就拄着拐杖到办公室，敦促和指导年轻人积极进取，并提出了东方所企业文化，精神追求，道德情操成功法则十八条（336字）。此外，通过任兼职教授、博士生合作导师，举办讲座等形式，他为国家培养了一大批国内急需的动态测试与信号处理技术方面的专业人才。

对于诺贝尔精神，国际著名的科学家、中国科学院院士徐至展教授是这样概括的：“就是不断的、持续的、一个接一个的、后人在前人基础上的创新和求实，以及科学家永恒的献身精神。”坚守心中的执著，相信会有一种精神沉淀其中，从应怀樵等一批坚持不懈的科学家身上，我们可以看到诺贝尔奖花落中国的希望。