应怀樵:虚拟仪器中的诺贝尔奖情怀

《中国科技产业》2013年10月 2013-10-10 10:31:06 阅读次数:23090

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摘要:“上世纪60年代,实验室用火车拉着走,1973年应怀樵开始自行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。同年,作者提出“软件制造仪器”的概念,与7年后NI公司‘软件是仪器’的概念不谋而合!”

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“上世纪60年代,实验室用火车拉着走,1973年应怀樵开始自行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。同年,作者提出“软件制造仪器”的概念,与7年后NI公司‘软件是仪器’的概念不谋而合!”

这是出现在美国NI公司GSDzone—LabVIEW图形化设计门户网站论坛上的一段评论。他们口中那位“虚拟仪器最早的构建者”、“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却没有太多时间去回忆,他的半生都在不断往前赶。


“拎”出来的世界领先

1985年,随着东方振动和噪声技术研究所的成立,应怀樵正式将DASP虚拟仪器库——振动噪声、模态分析移动试验室技术”立题研究,力求实现“把试验室拎着走”的目标。之后的20年,他与清华、北大、中科院声学所、中科院力学所、中国铁道科学院等十多个单位合作,终于研发完成了DASP虚拟仪器库——振动噪声、模态分析移动试验室软件系统和INV系列数据采集仪的研制。据介绍,该项目包含100多项信号处理新技术,其中20多项国内首创、国际领先的重大创新成果和重大技术突破,特别是十大世界性技术难题的突破,极大地提升了我国在虚拟仪器技术领域的科研水平。

一是基于平台式设计的Ⅵ库技术。用软件制造仪器,软硬件结合取代传统仪器,这一具有里程碑式划时代意义的新路线对仪器制造业和测试技术界产生巨大影响,代表了我国在VI研发方面的最高水平。

二是变时基(VTB)传递函数(导纳)测量分析方法。达到国际领先水平,获国家发明专利。已完成神舟飞船750吨移动发射平台、“长三捆”大型运载火箭、航天员超重训练机模态实验等数十项国家重点项目,效果优良。

三是高精度频率、幅值、相位和阻尼测量技术。东方所原创的高精度频率计和幄值计,比国外常规方法提高精度1 00万倍,具有重大国际影响力。

四是超低频信号快速测量技术,达到国际领先水平。

五是原创倒熵熵、倒熵富、倒富熵等三种倒熵谱分析方法,达到倒谱分析的国际领先水平。

六是FFI'/DFT分析方法,成为目前频谱细化主要方法之一,达到国际领先。

七是振动全息AVD“一入五出”实时测试分析创新技术,原创性地提出了全程微积分方法,实现AVD“一入五出”振动全息实时动态连续测量,达到国际领先。

八是自动化模态分析方法。一般人员通过简单操作即可获得专家级的模态分析结果。

九是24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪技术达到国内首创,国际领先。

十是突破传递函数的测试及实时控制和反演关键技术为提高仪器测量精度和范围开辟新途径。此技术是一项世界难题,可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。

“该系统功能强大,技术创新多,测试精度高,效率高,效果好,体积小,重量轻,便于携带,应用范围广,主要技术指标居国内领先水平,达到国际先进水平,部分技术如变时基、变频基、倒熵谱、精熵谱、拟小波等技术指标居国际领先水平。”对此,中国振动工程学会振动与噪声控制分会的专家们一致给予了这样的评价。


一位科技工作者的诺奖情怀

1994年1月,在北京邮电大学学术交流大会报告会的讲台上,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,突发心梗阻……

十几年中,应怀樵在“阎王殿”转了七个圈,直到现在,也没有彻底康复。尽管如此,他还是充分利用时间,身体一有好转就开始工作。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,他就拄着拐杖到所里办公,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、成功法则十八条等。“生命不息,奋斗不止,让INV系统走进每一个实验室,让DASP(达世普)软件运行在每一个实验平台上,这是我的理想,也是东方所年轻后生们一直奋斗的目标!”应怀樵如此表示。

目前,东方所研发的DASP虚拟仪器产品能取代高性能的频谱分析仪及高性能动态信号分析仪,在国内(包括香港、澳门)已经有2000多家用户。1988年钱塘江大桥模态试验、1995年长三捆运载火箭全箭模态试验、1996年“神舟”号载人飞船移动发射平台模态试验、2004年航天员超重训练设备臂架系统模态分析、2008年北京奥运会场馆鸟巢的动态测试……几乎在每个时代的重大工程中,都有着该系列产品的影子,多年来,参与完成了上百项国家重大工程项目的测试,累计经济效益超过2亿元。可以说,该系列技术的出现,打破了此类仪器长期依赖进口的局面,为国家节省了数亿美元外汇。按照我国2007年仪器产值估算并以软件取代50%硬件的费用来计算,该成果一旦推广,将产生1000亿元/年的巨大价值。

2007年,在第二届全国虚拟仪器学术交流大会上,专家们充分肯定了东方所在虚拟仪器领域上的突出地位和卓越贡献,应怀樵更被业内外人士广泛地称为“中国虚拟仪器之父”和中国虚拟仪器的创始人和奠基者。《中国科学报》《科技日报》《光明日报》《人民日报》等国内各大报纸和香港大公报、文汇报、新华网、人民网、央视网和风凰网等媒体均有大幅报道。港媒《创新中国》甚至认为,该成果“可与光纤之父诺奖得主高锟教授的‘光纤通信’的成果相提并论,被认为是可以问鼎诺贝尔物理奖的具有世界性重大意义的成果,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深远影响的现代发明之一”。

总有一些坐标振奋人心。在中国本土科技界,应怀樵被评论界誉为“距离诺奖最近的中国人之一”。追求诺奖,原就是中国梦,作为一位科技工作者,有此情怀也很自然。现在,他正致力于第五代仪器云智慧仪器的研发,力图用原始创新之花探索一条攀登诺奖的成功途径。

科技报国的强烈责任感使应怀樵教授在古稀之年仍孜孜以求在创新的道路上。在提出“软件制造仪器”30年之后的2009年,他再次原创性地提出了“云智慧仪器”的概念。2012年5月24日,在北京国际科技博览会“2012中国战略性新兴产业发展论坛”上,应怀樵作了《云智慧时代的第三次工业革命正在走来》一一从“软件制造仪器”到“软件制造‘一切’”的主题报告,并提议国家尽快开展相关研究,抢占世界科学的高峰。

他认为,第三次工业革命应等于新能源加互联网加软件制造加云计算,简称“云智慧”时代。“云智慧技术是‘软件制造’与互联网及云计算的紧密结合,是第三次工业革命和制造业革命浪潮的先驱,亦是它的核心发动机。”