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记“中国虚拟仪器之父”、东方所名誉所长应怀樵教授

     “这里既有治疗心脑血管的药又有治疗高血压的药，中药和西药累计十几种，总共几十个盒子药品…… ”应怀樵与笔者一见面便首先聊起了有关他健康方面的话题来，“其实，今天正好取药回来，一月取一次，这只是一个月的药，每个月都要吃这么多的药物才行。”应教授微笑着指着堆满药盒的办公桌介绍说。

      真是难以置信，面前这位思维敏捷、精神矍铄的老者竟然会是一位被三次脑中风和四次心梗阻疾病折磨十六、七年的老病号，而或许应教授的成功正是来源于他多年来同病痛抗争当中形成的顽强毅力即中华民族顽强的拼搏到底的不屈精神。

市场前景极为广阔的“原创技术”

      当前，我国正处于工业化和城市化快速发展时期，作为一门十分重要的交叉技术学科的振动与噪声、信号处理与虚拟仪器技术在我国国民经济建设中正在发挥着越来越重要的作用。而虚拟仪器市场目前正处于即将喷发的前夜，未来几年都将处于快速发展时期。     

     然而，业界对于这个充满神奇色彩的虚拟仪器的认识和接受也经历了一个漫长过程。应教授的虚拟仪器研发时间几乎与美国是同步的，但他对于美国NI公司在虚拟仪器研发及市场推广方面的贡献予以很高评价，他认为中国目前虚拟仪器市场的快速发展特别是NI等外国企业功不可没。

     据了解，科学仪器与实验技术发展至今已经走过了模拟式、数字式、智能式三个阶段，从上世纪80年代（1983—1986）起，开始出现了第四代仪器即虚拟仪器。应教授介绍，“所谓‘虚拟仪器’其实并非是传统的仪器，它是指集数据采集器、信号处理技术与PC机技术于一体的‘软件制造仪器’。”他表示，虚拟仪器经过二十多年的发展，目前已经取得重要进展，现已逐步取代了上述三类仪器。

     据应怀樵回忆，他自1964年浙大数学力学系应用力学专业毕业后的四十七年里一直都在潜心钻研振动与噪声和信号处理与虚拟仪器（简称VI）技术。为了更好地开展研究工作，他于1983年定下VI研发课题并亲手筹建了国内首家振动与噪声技术领域的科技实体即东方所并长期担任所长职务。

      凭借40多年的经验和技术积淀，应怀樵带领东方所团队研发出其原创产品即DASP虚拟仪器库、INV移动试验室和包含100多项自主创新的信号处理与测试新技术的智能数据采集和信号处理系统。作为具有我国民族自主知识产权的虚拟仪器产品，东方所的产品不但实现技术世界领先，而且其体积也由之前的硕大身躯缩小至目前的仅有笔记本大小。

     东方所虚拟仪器库DASP和INV系列虚拟仪器的研制成功对提升我国在DSP及VI高技术领域的学术水平和科技水平有开创性的重大意义。从1979年我国提出“软件制造仪器”到1986年美国提出“软件即是仪器”，到1988年9月16日汉城奥运会开幕前夕国产INV-101虚拟仪器用于杭州火箭激钱塘江大桥模态试验圆满成功，再到1993年3月INV306和DASP系统到北美展出，虚拟仪器基本实现了“把实验室拎着走”。

执着创新、突破世界十大世界性难题

     作为中国虚拟仪器的创始人与奠基者，应教授是国内较早提出“虚拟仪器”构想、较早提出和实现“用软件制造仪器”，“用软硬件相结合”来取代传统的主要由硬件组成的模拟式仪器的学者。

     丰硕的成果源于扎实的科研积累。1965年，他参加国防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，发现用硬件设备无法获得道床的下沉残余位移（0Hz）。1973年开始自行尝试用数字计算机的软件数字积分与频谱分析取代传统硬件的方法解决该难题，于1979年获得成功。这是虚拟仪器模块应用的最早成功范例。同年，在国防科委召开的核试验全国防护工程学术会（保密会）上，原创提出虚拟仪器的核心概念 ——“软件制造仪器”，获得主持会议的力学所所长郑哲敏院士、清华副校长张维院士、同济校长李国豪院士的赞扬和支持，并与7年后美国NI公司“软件即是仪 器”的概念不谋而合。1993年，由他主持研制的INV306虚拟仪器参加加拿大多伦多市的新技术展览会，赢得高度赞誉。

     四十七年来，应教授夜以继日、呕心沥血，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创新和突破。截至目前已获得112项创新技术，东方所使我国虚拟仪器和动态测试分析仪器的性能从一般的低精度的低档次测量仪器跃入了高端高精度的测量仪器行列，并在以下十大世界性难题方面取得重大突破：

      一、基于平台式设计的虚拟仪器库技术，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科学仪器、分析仪器、高端仪器及各种电子测量仪器会产生巨大影响，代表了我国在虚拟仪器研发方面的最高水平。 

      二、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，能显著提高瞬态激励测试结果的精度与稳定性。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。

　　三、高精度频率、幅值、相位和阻尼测量技术。东方所原创的YLS法高精度频率计和幅值计，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，目前已经在中国计量院等单位推广使用，比国外常规方法提高精度100万倍，具有重大国际影响力。

　　四、超低频信号快速测量技术。对于超低频信号（0.1~0.00001Hz）的准确测定，达到国际领先水平。

　　五、倒熵谱分析方法。采用倒熵谱分析是频谱的再次谱分析，具有倒熵熵、倒熵富、倒富熵等三种倒谱，可大幅度提高频率分辨率，达到倒谱分析的国际领先水平。

　　六、FFT/DFT分析方法。是目前频谱细化的主要方法之一，达到国际领先水平。

　　七、振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术。应教授课题组原创提出了全程微积分方法。该方法尤其适合于连续采集的时间序列，实现AVD“一入三出”振动全息实时动态连续测量，达国际领先水平。

　 　 八、自动化模态分析方法。通过此技术手段，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。

　　 九、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、突破了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了新途径。传递函数的测试及实时控制和反演是一项世界难题。提出由软件构成的在数采过程中实时快速精确测试幅频相频曲线，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。此技术可以大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。

　　 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30%到一半计算，将会产生600多亿到1000多亿元的巨大经济价值。 

紧跟前沿科技、提出“智慧实验室云时代”课题

    “如果说，‘让INV系统走进每一个实验室，让DASP软件运行在每个实验台上。’这是当初的理想。那么，随着互联网云时代的到来，以及高性能DAQ数据采集仪器的发展，目前‘把实验室拎着走’的想法已全面实现。”应教授介绍说。   

      面对网络社会的到来，应怀樵提出“云智慧实验室网络时代”概念，即“云智慧实验室”、“云智慧故障诊断中心”。他分析说，它们在从2010年后相当长时间内实现，不久的将来会进入快速发展时期。可以说“云智慧实验室”=“VI+互联网+物联网（传感网）+网络式高性能数采仪+智能传感器+云计算+DASP各种科学仪器软件包”，云式“智慧测试时代正向我们大步走来！”应教授表示，“智慧地球”被认为是振兴经济、建立全球竞争优势的关键战略，而“云智慧实验室”必将是科学仪器未来的发展方向。他说，目前，世界各国对“云智慧”的研究都还处于起步状态，所以应怀樵教授建议国家因尽快开展“云智慧”方向的研究，并建立自己的“云智慧科学实验室”与“云智慧故障诊断中心”。在此基础上，还可以建立起“云智慧医疗中心”和“云智慧教育中心、交通中心”。从而为我国抢占高科技的制高点，实现推动科学仪器与科学实验的发展做出合理的研究计划和战略步骤。

      老骥伏枥，志在千里。多年来，“虚拟仪器”和“软件制造仪器”不仅给长期缺乏原创元素的国内科技界带来无限活力，也让中国原创技术成功屹立于世界科技之林。