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        科技創(chuàng)新造福祉 陽(yáng)光灑滿沖諾路——訪“中國(guó)虛擬儀器之父”應(yīng)懷樵教授

        2011-11-06 03:41:14毛艷玲
        科學(xué)中國(guó)人 2011年15期
        關(guān)鍵詞:虛擬儀器諾貝爾獎(jiǎng)儀器

        本刊記者 毛艷玲

        科技創(chuàng)新造福祉 陽(yáng)光灑滿沖諾路
        ——訪“中國(guó)虛擬儀器之父”應(yīng)懷樵教授

        本刊記者 毛艷玲

        “中國(guó)需要諾貝爾獎(jiǎng),更需要諾貝爾精神。”因此,自諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)辦一個(gè)多世紀(jì)以來,盡管新中國(guó)的科學(xué)界一直缺席此項(xiàng)大獎(jiǎng),但在攀登這一科學(xué)圣殿的路途上,中國(guó)科學(xué)家仍沒有氣餒……

        “應(yīng)教授原創(chuàng)性地提出由軟件構(gòu)成的在數(shù)采過程中實(shí)時(shí)快速精確測(cè)試幅頻和相頻曲線,并通過YSL專門技術(shù)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)的控制和反演,已在DASP軟件中取得成功應(yīng)用。此技術(shù)可以極大擴(kuò)展儀器的頻率測(cè)試范圍,提高測(cè)試精度,極具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。使得中美兩國(guó)創(chuàng)造的虛擬儀器達(dá)到可以問鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(jiǎng)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(fā)明之后,對(duì)人類文明有重要意義和影響的現(xiàn)代發(fā)明之一。”

        2011年4月18日,《香港文匯報(bào)》對(duì)“中國(guó)虛擬儀器之父”、北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所名譽(yù)所長(zhǎng)應(yīng)懷樵教授的研究做出了如是評(píng)價(jià)。

        此評(píng)價(jià)并不是空穴來風(fēng),自踏入科學(xué)研究之路以來,應(yīng)懷樵,這位手持科學(xué)利劍舞動(dòng)科壇的老科技工作者,一生中做出的突出成績(jī)?yōu)橥苿?dòng)人類文明進(jìn)程貢獻(xiàn)了巨大作用:他在1979年原創(chuàng)性地提出“用軟件制造儀器,軟硬件相結(jié)合”的理論,其關(guān)鍵技術(shù)成功打破振動(dòng)與噪聲、信號(hào)處理及虛擬儀器學(xué)術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期為國(guó)外公司壟斷的局面,讓中國(guó)人在該領(lǐng)域有了絕對(duì)的發(fā)言權(quán)。該理論與1986年美國(guó)提出的“軟件即是儀器”不謀而合。他的“虛擬儀器”不僅給長(zhǎng)期缺乏原創(chuàng)元素的國(guó)內(nèi)科技界帶來了無限的活力,也讓中國(guó)原創(chuàng)技術(shù)成功屹立于世界科技之林,為中華民族在國(guó)際科學(xué)界爭(zhēng)了氣。

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

        科技篇:把實(shí)驗(yàn)室“拎著走”的神奇虛擬儀器

        一說到儀器,您的腦海是否會(huì)浮現(xiàn)出一些笨重,巨大的金屬制品?在實(shí)驗(yàn)室、工廠及野外作業(yè),為完成某項(xiàng)測(cè)試和維修任務(wù),通常需要許多儀器。如:信號(hào)源,電壓表,頻譜分析儀,通常復(fù)雜的電路系統(tǒng)還需要邏輯分析儀,IC測(cè)試儀等。這么多的儀器不但價(jià)格昂貴、體積大、占用空間,而且互聯(lián)也十分麻煩。

        虛擬儀器的產(chǎn)生,徹底改變了這樣的狀況。區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的儀器,虛擬儀器是集數(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“軟件為主制造儀器”,而它的神奇強(qiáng)大之處在于某種程度上能夠替代現(xiàn)有的多數(shù)設(shè)備!

        科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破總會(huì)促使人類社會(huì)產(chǎn)生巨大變革。正如瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)使人類跨入工業(yè)時(shí)代,倫琴發(fā)現(xiàn)X射線揭開了20世紀(jì)物理學(xué)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(yīng)用,無論是實(shí)驗(yàn)室、工廠,還是野外作業(yè)或其他需要儀器協(xié)助的場(chǎng)合,工作人員都可以從繁瑣笨重的勞動(dòng)中解脫出來,輕松快捷地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)及工作任務(wù)。這將推動(dòng)人類科學(xué)儀器與試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的又一次革命。

        從1979年應(yīng)懷樵提出“軟件制造儀器”到1986年美國(guó)提出“軟件即是儀器”,V I基本實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”,“讓I N V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)試驗(yàn)臺(tái)上”等一系列的突破。

        應(yīng)懷樵所帶領(lǐng)的東方振動(dòng)與噪聲技術(shù)研究所,作為該領(lǐng)域可以代表世界先進(jìn)水平的“門戶”,其研發(fā)出的虛擬儀器系列產(chǎn)品包含112項(xiàng)自主創(chuàng)新的信號(hào)處理與VI新技術(shù)的原創(chuàng)產(chǎn)品即DASP虛擬儀器庫(kù)、INV移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。作為具有我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的VI產(chǎn)品,不但實(shí)現(xiàn)技術(shù)世界領(lǐng)先,而且其體積縮小至目前的僅有筆記本大小,實(shí)現(xiàn)了“把實(shí)驗(yàn)室拎著走”的理念。其研發(fā)的中國(guó)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(tài)試驗(yàn)獲得圓滿成功;開發(fā)出了適合便攜機(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,研制成功INV303/306系列(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虛擬儀器庫(kù)系統(tǒng)等,1993年去加拿大展出,獲國(guó)外同行好評(píng)。更難能可貴的是,他們還攻克了十大世界性難題,使我國(guó)虛擬儀器和動(dòng)態(tài)測(cè)試分析儀器從一般的低精度低檔次測(cè)量?jī)x器躍入了高端高精度測(cè)量?jī)x器的領(lǐng)先水平。因此中國(guó)VI是中華民族原創(chuàng)的對(duì)人類文明過程有杰出貢獻(xiàn)的高科技成果,具備了問鼎諾貝爾獎(jiǎng)的必要條件。

        事實(shí)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(shè)備、廠房及能源,便于生產(chǎn)、攜帶。目前已廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍工、航天航空等多個(gè)部門,參與完成火箭、神舟飛船、大橋、高鐵、大型建筑和設(shè)備等上百項(xiàng)國(guó)家重大工程項(xiàng)目的測(cè)試。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),應(yīng)懷樵所帶領(lǐng)的東方所已有2000多家用戶,累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益超過一億元,為國(guó)家節(jié)省外匯約數(shù)億美元。為促進(jìn)技術(shù)變革和推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)的形成,造福國(guó)計(jì)民生發(fā)揮重大作用。

        正如諾貝爾獎(jiǎng)所倡導(dǎo)的“科學(xué)技術(shù)要為推動(dòng)人類文明進(jìn)程做出杰出貢獻(xiàn)”的精神一樣,應(yīng)懷樵正引領(lǐng)著虛擬儀器技術(shù)與應(yīng)用一步一步朝著推動(dòng)人類文明進(jìn)程的方向行進(jìn)。

        精神篇:中國(guó)需要諾貝爾獎(jiǎng),更需要諾貝爾精神

        科學(xué)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(yīng)懷樵一生經(jīng)歷無數(shù)風(fēng)雨難關(guān),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(yáng)光的信心、愛心和耐心,有了敢于創(chuàng)新的決心、責(zé)任心和敬業(yè)心。

        應(yīng)懷樵一生中五換專業(yè)為人所津津樂道,為追尋心中的科學(xué)夢(mèng)想,他先后在浙江大學(xué)學(xué)習(xí)理論物理、數(shù)學(xué)力學(xué)系應(yīng)用力學(xué)和清華大學(xué)流體力學(xué)專業(yè),學(xué)習(xí)風(fēng)洞技術(shù),1965年參加我國(guó)原子彈和氫彈的核效應(yīng)工程試驗(yàn),學(xué)習(xí)原子彈爆炸測(cè)試技術(shù),之后又學(xué)習(xí)了模擬計(jì)算機(jī),專業(yè)涉及到振動(dòng)和頻譜分析。正是由于一生中五次專業(yè)的轉(zhuǎn)折,才讓應(yīng)懷樵有著豐厚的理論知識(shí)積淀和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累,才讓他磨就了一雙砍柴的寶刀。

        虛擬儀器技術(shù)進(jìn)入應(yīng)懷樵的視野決不是偶然的。1965年應(yīng)懷樵教授在參加國(guó)防科研核爆炸防護(hù)工程課題——地下鐵道核爆炸振動(dòng)噪聲與動(dòng)力學(xué)測(cè)試分析的研究中,發(fā)現(xiàn)地鐵道床的下沉殘余位移(0Hz)用硬件設(shè)備無法獲得,由此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”。應(yīng)教授1973年原創(chuàng)性地開始嘗試用數(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,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(guó)防科委核試驗(yàn)全國(guó)防護(hù)工程學(xué)術(shù)會(huì)(保密)會(huì)上,他原創(chuàng)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(zhǎng)鄭哲敏院士、清華副校長(zhǎng)張維院士、同濟(jì)校長(zhǎng)李國(guó)豪院士的贊揚(yáng)和支持。比美國(guó)NI公司“軟件是儀器”的概念提出早7年。

        上世紀(jì)90年代,應(yīng)懷樵研發(fā)的虛擬儀器技術(shù)已受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注,并在市場(chǎng)上初露鋒芒。然而,由于超負(fù)荷的工作,長(zhǎng)期加班熬夜和巨大壓力導(dǎo)致過度疲勞,1994年1月,在北京郵電大學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)報(bào)告的講臺(tái)上,突發(fā)腦出血,送往醫(yī)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(fā)腦血栓,2004年,突發(fā)心梗阻……

        三次中風(fēng)、四次心梗,應(yīng)懷樵到鬼門關(guān)口走了7遭,參透生死之間,他深刻意識(shí)到培養(yǎng)后續(xù)力量以傳承科學(xué)夢(mèng)想的重要性,病情稍稍穩(wěn)定,他就咬牙硬挺著開始著手各項(xiàng)工作。手腳不聽使喚,他就用大腦思考問題,籌劃研究所發(fā)展;腿腳不好,他就拄著拐杖到辦公室,敦促和指導(dǎo)年輕人積極進(jìn)取,并提出了東方所企業(yè)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(dǎo)師,舉辦講座等形式,他為國(guó)家培養(yǎng)了一大批國(guó)內(nèi)急需的動(dòng)態(tài)測(cè)試與信號(hào)處理技術(shù)方面的專業(yè)人才。

        對(duì)于諾貝爾精神,國(guó)際著名的科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士徐至展教授是這樣概括的:“就是不斷的、持續(xù)的、一個(gè)接一個(gè)的、后人在前人基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和求實(shí),以及科學(xué)家永恒的獻(xiàn)身精神?!眻?jiān)守心中的執(zhí)著,相信會(huì)有一種精神沉淀其中,從應(yīng)懷樵等一批堅(jiān)持不懈的科學(xué)家身上,我們可以看到諾貝爾獎(jiǎng)花落中國(guó)的希望。

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