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记北京东方振动和噪声技术研究所所长应怀樵

坚持创新  成就虚拟仪器领域先锋

1959年，应怀樵考入浙江大学工程物理系理论物理专业，后因国家发展需要全班专业调整为数学力学系应用力学专业。1964年大学毕业后，他被分配到中国铁道科学院，从事高速列车风洞课题研究，期间曾到清华大学工程力学系流体力学专业实习，学习风洞测试分析技术。1965年，参与我国西部罗布泊核试验基地原子弹和氢弹的核爆炸防护工程研究，学习原子弹爆炸测试技术，接触到了振动噪声和频谱分析。其后，他又开始学习数字计算机与信号处理分析，接触到FFT、MEM、ARMA和模态分析等方法。五次转换专业，应怀樵掌握的不仅是丰厚的理论知识和扎实的实践经验，更是一种坚持与创新的精神。

1965年应怀樵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，期间发现地铁道床的下沉残余位移（0Hz）用硬件设备无法获得。1973年，他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，于1979年测得了0Hz的残余位移，这是虚拟仪器的最早成功范例。同年，应怀樵原创提出虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器”，这和七年后美国NI公司“软件是仪器”的概念不谋而合。

自此这个“虚拟仪器”，毫无意外地走进了应怀樵的人生。

虚拟仪器是指在PC机基础上通过数采调理硬件和信号处理分析及各种软件构建而成的、具有可视化界面的仪器。它彻底打破了传统仪器由硬件构成、使用者无法改变的模式，给使用者一个充分发挥自己才能和想象力的空间，使用者可根据不同要求，用软件代替硬件，满足多样的应用需求；它的出现，带来了科学仪器与科学试验领域的一次深远的技术革命，几乎渗透到了所有的测试控制领域。

随着“虚拟仪器”概念的提出，应怀樵的成果相继问世。1978年，他提出的核效应工程设计参数五个振动计算公式；CZ-F测振放大器；CZ-S拾震器等成果填补国内空白，获三项全国科学大会奖。1979年，他编纂的反映虚拟仪器技术领域应用成果的国内首部专著《振动测试和分析》出版发行；1982年，《CZ测震仪与测振技术》出版发行；1983年，《波形和频谱分析与随机数据处理》出版发行；从1997年至今还主编《现代振动与噪声技术》第一卷至第八卷等共十一部专业著作及完成“倒熵谱”等一百二十多篇论文报告。

然而，这些著作和论文带给应怀樵的不仅是名动一时，同时也给他带来了巨大的精神压力。为了解决不能使用磁带机和信号分析仪的限制，为更好地进行科学研究，他化压力为动力，于1985年创建了东方振动和噪声技术研究所，开始系统地从事虚拟仪器库、移动试验室技术研究。

他提出“把试验室拎着走”的目标，正式立题“DASP虚拟仪器库——振动噪声、模态分析移动试验室技术”的研究，几十年来，他将自己的全部精力都投入到了虚拟仪器的科学研究之中，在该技术的前沿领域取得了一次次的突破和创新。其后，为了进一步推动该技术发展，他自立课题、自筹资金开始研究“PC卡泰” （PCCATAI）——微机卡式自动采集测试分析仪器。同时，他还在国内外首次提出了“东方科卡”与“DASP”（数据采集和信号处理）等软、硬件相结合的设计思想，自已创造出一种既能用于测量记录，代替磁带机和示波器，又能用于波形分析、频谱分析和数字信号处理等多种功能的仪器。

此后，经过滚动发展和不断创新，应怀樵带领他的团队突破了虚拟仪器的核心技术，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INV303/306/3018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“把试验室拎着走”的目标。。

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。

持续创新  突破九大世界性技术难题

虚拟仪器在发展过程中有许多技术难题，东方所研发的DASP和INV系列虚拟仪器库系统到目前已有100多项创新技术。但是，应怀樵及其研发团队并未就此止步，而是加大创新力度，终于突破了九项世界性技术难题，使虚拟仪器和动态测试分析仪器的性能从国内外一般的低精度的低档位测量仪器跃入了高端高精度测量仪器的行列。

九项世界性难题的突破包括：

1．基于平台式设计的虚拟仪器库技术。应教授课题组研究开发的DASP虚拟仪器库系统是我国开发最早的虚拟仪器库系统。应怀樵早在1979年就原创性地提出虚拟仪器库的核心概念——“软件制造仪器”，这是科学仪器的新概念。1985年提出“把试验室拎着走”的目标，研制成功中国第一台虚拟仪器，并应用于1988年9月16日杭州钱塘江大桥的火箭激励模态试验取得成功，1993年随北京新技术展览会到加拿大展出，获得表扬名单第一名，是功能最完善、技术水平最高，且完全具有民族自主知识产权的一套虚拟仪器系统，代表了我国在虚拟仪器研发方面的最高水平。

2．变时基（VTB）传递函数（导纳）测量分析方法。变时基技术相对于国内外传统的等时基方法，显著提高瞬态激励测试结果的精度和稳定性，目前，此项技术结合弹性聚能力锤，成功解决了大型低频结构锤击模态试验问题，达到国际领先水平，已获国家发明专利。已完成神舟飞船750吨移动发射平台模态试验，长3捆大型运载火箭模态试验，乌海黄河大桥模态试验，航天员超重训练机模态试验等数十项国家重点项目，取得了非常好的效果。

3．高精度频率、幅值、相位和阻尼测量技术。这是一项国际性难题，是FFT方法和虚拟仪器界的拦路虎。该技术突破已使虚拟仪器从一般低精度仪器进入高端科学仪器的行列，具有重大的国际影响，是值得中国人自豪的创新。

东方所独创的高精度频率计和幅值计YLS方法，克服了FFT频率分析△f的限制和泄漏的影响，在不考虑硬件采集误差的情况下，1024点数据软件本身的频率与幅值，均可达到十进制12~14位数字测量精度，已经相当于并可同时替代高端频率计和电压表等硬件设备，目前已在中国计量院等单位推广使用。而国外如NI、LMS和B&K等仪器由于只能达到十进制6～7位数字精度，比国内外常规方法提高精度100万倍，而单从硬件看也能提高精度100-1000倍，能把国内外仪器的硬件频率精度从十进制5～6位提高到7～8位。

4．超低频信号快速测量技术。对于超低频信号（0.1Hz～0.00001Hz）的准确测定，尤其对于频率未知的情况，常规测量需要非常长的时间才可以完成。而东方所的方法，则可以实现仅仅测量四分之一甚至更少周期的信号，即可获取准确的频率、幅值、相位和失真度等参数，使得超低频信号得到快速测量，填补了国内外空白。对于100秒周期的低频信号测试，仅需2～3分钟即可同时得到频率、幅值、失真度、相位和传感器标定灵敏度等参数，比起类似的美国HP35670仪器，用时缩短20多倍，且后者还不具备多种参数同时测量的功能。

5．倒熵谱分析方法。倒谱分析是频谱的再次谱分析，总共具有三种倒熵谱形式，包括：倒富熵（CFE）、倒熵富（CEF）、倒熵熵（CEE）。通过实际应用，倒熵谱分析方法可大大提高频率分辨率，特别是对短时间序列具有更好的效果，比国外提出的LPC法可靠，已得到国内外专家肯定，达到国际领先水平。

    6．FFT/FT分析方法。FFT变换虽然大大提高了运算速度，但是频率分辨率受到了一定的限制。对于有限长信号，FFT/FT则可以进行无限细化。可得到主要频率成分精度很高的频率、幅值和相位，是目前频谱细化的主要方法之一。

    7．振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术。针对长期以来困扰国内外学界的连续实时数据的微积分测量，应怀樵课题组提出全程微积分方法，特别适合于连续采集的时间序列，充分考虑全程波形的特征，有效避免了传统微积分的缺陷，使得在长时间连续信号采集过程中，创新虚拟通道技术，可实时得到一二次微积分后的准确波形，实现AVD“一入三出”振动全息实时动态连续测量。

    8．自动化模态分析方法。模态试验和分析由于包含较多的技术内容，通常操作比较复杂，需要操作人员具有相当丰富的理论知识和工程经验，才可以获取较为准确的结果，但是通过自动化模态分析手段，一般工程人员通过简单操作即可获得专家级的模态分析结果。

    9．24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪专门技术。24位双核采集仪具有160dB的超宽量程范围，既保证大信号不会出现过载而导致试验失败，又可同时保证微弱信号不会因为欠载而导致信噪比不足。因此不用考虑仪器档位问题，其完全自动量程功能更适合具有特殊要求的高难度试验。

达到世界普及  强力推进产业化的远大目标

东方所的办公地点从最初由中国建筑科学研究院提供的建科院抗震所一间平房内，到长城无线电厂、交通科学院、上地科贸大厦、上地科学大厦，历经四次搬家；东方所从300元起家到现在有了科贸、科实两个办公点，约1000多平方米的科学实验和办公室和必需的仪器设备，具有四十多人的研发与市场队伍，已成为研发VI的一支有生力量。

作为所长的应怀樵教授，由于每天超过18小时的工作学习，以及长期加班熬夜和巨大压力导致过度疲劳，1994年1月14日，在北京邮电大学学术交流大会报告会的讲台上，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，拄上了拐杖。2003年，突发脑血栓。2004、2005、2006、2007四次突发心梗阻……

接踵而来的疾病，再加上研究所搬家等诸多因素，使得研究所错失了很多发展机遇。当虚拟仪器技术攀上科学顶峰的时候，应怀樵开始积极思考产业化的问题了。他看好虚拟仪器的发展前景，要尽全力推动虚拟仪器技术“达到世界普及”的产业化进程。

功夫不负有心人。如今，研究所已经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。“虚拟仪器是‘中国创造’，虽然现在还没有‘中国制造’那么大的市场，但是我觉得以后肯定会更好的。”

截止目前，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。

“达到世界普及”，这是一个目标，更是一种信念。以领先的科技与执着的信念支撑，虚拟仪器的产业化之路正在迎着曙光向前。

倡导创新  东方所的无尽追求

一个民族、一个企业要发展，就必须要创新，而且要自主创新。几十年的科研道路上，应怀樵教授同样遇到过很多的艰难险阻，但是，他从未退缩，越是困难他越坚持。那么，是什么样的精神给了他无穷的力量呢？

应怀樵教授用东方所的企业文化与精神追求十八条给我们做了很好的诠释。建所之初，他就提出“勤奋、创新、坚持、自强”的八字座右铭和所训，“高、大、深、快”（即高度的智力追求，大胆的探索精神，深奥的研究内容，快活的乐天主义）和完全自由的判断与讨论的‘玻尔所’精神以及“六要三不要”的处事准则等。“搞东西就要有一个劲头，要做就做到底。坚持很重要，从小母亲就教育我做事要有始有终，再苦也要搞出来，很多科学家都是这么走过来的。” 

他有着中国科学家们为国争光的深厚情结，也有着追求创新的热烈情怀，这点从东方所的命名就可以看出。东方所的英文名称是‘China Orient Institute of Noise and Vibration’，简称是‘COINV’，是中国东方振动和噪声技术研究所的意思；‘COIN’有创造的意思，‘COINV’是创造的胜利；‘CO’是联合，‘INV’是创新，又有“合作起来搞创新”的意思。20多年前他就提倡创新，并一直坚持创新。20多年过去了，东方所发生了很大的变化，国家发生了很大的变化，但东方所的创新精神没有变。 

他率先提出设立“创新节”，以此推动企业技术创新和国家创新战略。2006年3月6日，农历24个节气的惊蛰节，是东方所的第一个“创新节”。全所首届“创新节”技术创新研讨会在所会议室隆重召开。应怀樵说：把“创新节”定在中国农历24个节气的第3个节气“惊蛰”这一天是很有意义的。24个节气是中国对世界的创新和贡献，特别是“惊蛰节”的含义最深，用字最简洁、最别致、最有韵味，内容最丰富，意味最深长。“惊蛰”象征着春雷要来了，蛰伏在地下的动物们都要惊醒过来，万物要从这个日子复苏，万象更新。创新也像春雷一样，会引出许多“发明”来，从这个日子开始新的发展和革新。他在所里强调，今后每年3月6日“创新节”这天要举办技术创新研讨会，总结和表彰创新技术成果，这样有利于创新活动的持续深入发展。要提倡人人搞创新发明，尊重别人的创新思想，创新建议。创新有大有小，无论观点如何，新奇甚至离奇，都不要随便反对。以后“创新节”研讨会每个人都要想办法，提出你要创新发明什么，一点改革改进也是值得欢迎的，大家互相尊重，取长补短，集思广益，使创新活动开展得更好。“我希望能通过我们的努力，争取使我们东方所的‘创新节’变成北京市的‘创新节’，全国人民的‘创新节’。使‘创新节’成为全国性的重要节日，成为全中国人民的重要纪念日。要在广大科技工作者和青年学生中，甚至是小学生和孩子们的心灵中植入创新发明的思想，使他们成为建设创新型国家的中坚力量。”应怀樵心系我国创新建设，时刻希望能够发挥自己的能量，做出自己应有的贡献。

应怀樵，清华大学、北京大学、东北大学、天津大学等校力学系及中国科学院力学研究所的博士生合作导师，东方振动和噪声技术研究所名誉所长，中国振动工程学会常务理事，振动与噪声控制分会理事长，振动工程与波谱技术专家，中国虚拟仪器的早期开拓者与奠基人。主要研究方向是：信号处理、虚拟仪器、测控技术、振动与噪声控制。主持研发完成DASP虚拟仪器库和INV303/306/3018移动实验室。编著有《振动测试和分析》、《波形和频谱分析与随机数据处理》、《现代振动与噪声技术》第一卷到第八卷等书11本，《倒熵谱研究》、《MEM、AR等快速算法》、《快速富里叶变换中的窗函数研究》等文章120余篇。被誉为为“中国虚拟仪器之父”和中国虚拟仪器的创始人和奠基者。