人生七十古来稀 梦圆“诺奖”尚可期——记中国“虚拟仪器”之父应怀樵教授

◎ 实习记者 孟祥萌 张 萌

作为世界一流科学家、我国“虚拟仪器”之父，应怀樵教授1941年在浙江绍兴出生，现已迈入了人们所谓的“古稀之年”。钱学森先生说过：“科学是没有国界的，而科学家是有祖国的。”这句话用在应怀樵身上，就是近半个世纪的岁月里，他始终以“砍柴樵夫”般坚韧与顽强的精神，跋涉在“为中华崛起而奋斗”的科学高峰上，即使面对3次中风、4次心梗这样的生命挑战，依然以超人的毅力、坚定的信念，战胜病魔，执着奋进在创世界一流 “虚拟仪器”的科研阵地上，期待为祖国捧回一个诺贝尔奖杯。

什么是“虚拟仪器”呢？对大多数人来说，这可能还是一个陌生的概念。应怀樵介绍，“所谓‘虚拟仪器’其实并非是传统的仪器，它是指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制造仪器”。那么，在这条攀登科学高峰的道路上，他到底走过了一条怎样不平坦的道路呢？

矢志不渝突破虚拟仪器技术

关于虚拟仪器，并不是应怀樵凭空想象出来的，而是在我国重大国防工程核试验中萌发的。1965年应怀樵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”。

应怀樵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郑哲敏院士、清华大学原副校长张维院士、同济大学原校长李国豪院士的赞扬和支持。比美国NI公司提出“软件是仪器”的概念早七年。

“我非常看好虚拟仪器技术的发展前景。”1985年，应怀樵创建东方所，开始系统从事虚拟仪器库、移动实验室技术研究。研究所成立后，应怀樵带领团队持续创新，突破了虚拟仪器的核心技术，开发出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INV303/306/3018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“达世普”虚拟仪器库系统。

这是我国最早研制成功的虚拟仪器产品，实现了“把实验室拎着走”的目标。1988年，该仪器被用于火箭激振钱塘江大桥模态试验分析；1993年参加北京新技术展览会并远赴加拿大，深受国外同行认可；1996年用于神舟载人飞船移动发射平台模态试验并获得成功；2004年用于航天员超重训练设备臂架系统模态分析并获得成功。

虚拟仪器的特点有：1.体积小，携带方便。传统的专门仪器可由相应的软件模块所替代。2.功能强大，应用面广，扩展升级方便。一个软件模块代替一种仪器，开发新仪器时只需研发相应的软件模块，对软件版本进行升级即可完成仪器的更新换代。3.配合笔记本电脑、数采仪和调理放大、传感器，可同时实现测试、分析、显示、记录和存储等过程。4.独创了变时基、变频基、高精度频率计、“AVD一入三出”振动全息测量和虚拟扩展通道技术、模态自动化分析等几十项实用技术。5.追踪国际新发展，如模态分析模块包括 ERA、SSI、PolyLSCF、EFDD及东方所发明的PZM、PPM等最新方法及创新模态自动化识别算法（一键求模态）。声学分析模块可进行声功率、声阵列、声品质分析。毫无疑问，应怀樵及其团队的科技创新为虚拟仪器领域带来了一场全新的技术革命。

科技造福人类产业化才是最终出路

为了让更多的人感受到科技进步带来的实惠，应怀樵并没有就此止步，而是将目光投向了更远处，他要尽全力推动虚拟仪器技术达到世界普及的产业化进程。

实践证明，“软件制造仪器”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，通过网络传输还能实现“云智慧”科学仪器。目前，已广泛用于国防军工、航天航空等许多部门，参与完成火箭、神舟飞船、大桥高层建筑和大型机械设备等上百项国家重大工程项目的测试，实现了许多常规仪器和硬件无法实现的功能。据不完全统计，东方所已有2000多家用户，累计经济效益超过1亿元，为国家节省外汇约数亿美元。其经济价值按我国2007年仪器产值估算，若按软件取代硬件一半计算，将会产生1000多亿元的巨大价值。

正如“诺奖”的创立者曾经践行的，科学精神与产业之路的生命熔铸将带给人类更加美好的未来！或许，这正是以不竭的生命激情与创新意志跋涉于科学与产业化之路的“中国虚拟仪器之父”应怀樵教授所真正钟情的。“让INV系统走进每一个实验室，让DASP软件运行在每个试验台上”——这是应怀樵的理想，也是他的团队的奋斗目标。未来的产业化之路还有多远，我们暂时还无法预测，但是，从应怀樵及其团队的身上，我们可以看到，希望就在前方。

如今，东方所已初步建立起一支研发与市场开发队伍。“现在，我们的科研队伍壮大起来了，从副所长到总工程师都是博士，具有很强的科研能力。下一步，我们将把一些科研人员适时地转型成为技术支持，直接面向销售服务，推动销售队伍的建设和提升，积极推动产品的市场化。”应怀樵对未来依然充满信心。

除了开拓市场，应怀樵更没有忘记研究所的人才队伍建设。如今，东方所研究团队已扩大到50余人，拥有博士生、研究生数十名，成为虚拟仪器领域里的一支重要力量。不仅如此，他还与相关院校联合培养指导硕士、博士和博士后30余名，为国家培养了诸多信号处理、动态测试和虚拟仪器技术的高端人才。

截至目前，应怀樵开发研制的虚拟仪器产品累计销往科研院所2000余套，初步打开了产业化应用的局面。近日，他们根据自身所取得的科研突破，推出了全新的DASP V10具有重大实用新技术的新型软件及相关新产品，如包含多种国际上最新最先进方法（最先进的PolyLSCF方法）的模态分析软件包以及具有国际先进水平的模态自动化分析方法（一键求模态）和独创的国际领先的高精度频率幅值相位分析，以及超低频信号快速高精度测试软件包及双核24位数采仪、INV-CPCI总线式及INV6260N网络式数采仪等科研产品。

在全力推动虚拟仪器技术产业化进程的同时，应怀樵对科学界的新事物也极为关注。在2009年桂林全国虚拟仪器大会和2010年沈阳全国振动工程及应用会议上，应怀樵原创提出试验室网络云时代——“云智慧仪器试验室和智慧仪器”与“云智慧故障诊断中心”的构想，提议国家尽快开展相关研究。并在此基础上建立起“云智慧医疗中心”和“云智慧教育中心”等，为我国抢占高科技的制高点。

永不止步“诺奖”精神长记心间

在应怀樵看来，以“四大发明”为标志，中华民族曾为人类科技进步作出重要贡献，然而近代以来却大大落伍了。他认为，伴随中华民族的伟大复兴，中国科学家理应在高科技领域取得原创的重大突破，向“诺奖”冲刺！这不仅是一个科学家的荣誉，更是中华民族屹立世界民族之林的时代要求！

为了追寻心中的科学梦，应怀樵一生中五换专业，并被人们津津乐道。他先在浙江大学学习理论物理、数学力学系应用力学，后在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。正是这五次专业的转换，让应怀樵拥有了丰厚的理论知识积淀和实践经验的积累，磨就了一双“砍柴的宝刀”。

很多时候，成功源于坚持，源于对笃定目标的持续付出。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，应怀樵突发脑出血，送往医院急救，昏迷了三天，左边半身不遂，出院后，拄上了拐杖。2003年突发脑血栓，2004年，突发心梗阻。三次中风、四次心梗，应怀樵到阎王殿走了7遭，却继续用科学技术为人类造福。

这些病痛的经历，早就让应怀樵将生死置之度外，他也因此而意识到了培养后续力量以传承科学梦想的重要性。只要病情稍稍稳定，应怀樵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。

在向诺贝尔奖冲刺的背后，其实更重要的是诺贝尔精神，支撑他一次次度过难关的正是中国科学界应为人类文明进步作出更大贡献的使命感与荣誉感！怀着振兴中华、造福人类的理想追求，他数十年如一日，呕心沥血、将全部精力投入虚拟仪器（VI）科学研究之中，自主创新112项新技术，攻克“十大世界性难题”并填补国内空白，特别是对“传递函数的测试及实时控制和反演关键技术”的成功突破。《香港文汇报》曾在2011年4月对应怀樵做出了如下评价：

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成果的程度。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。

成为世界一流的科学家，为国争光一直都是深埋在应怀樵心中的梦想，而他也毫不讳言自己对“诺奖”的钟情。在他看来，“诺奖”不仅是一种崇高的荣誉，更是激励创新、造福人类的精神泉源。或许，正是有了像应怀樵这样坚持不懈不断攀登的科学家，让我们有理由相信，只要中国科学家们坚守对梦想的执着追求，在不久的将来就可以在世界的科技舞台上手捧“诺奖”而归。