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。