对话"中国虚拟仪器之父"应怀樵

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　　“软件制造仪器将有助于节约地球资源、节省能源、材料消耗也可大幅度削减，这项发明虽然只有‘35岁’，已经使人类受益匪浅。软件制造一切、定义一切，重构未来的云智慧科技将使21世纪进入第三次工业革命的云智慧科技时代

　　导读：本次采访对象是世界一流科学家、中国虚拟仪器之父、著名振动噪声与信号处理专家应怀樵，目前他担任北京东方振动和噪声技术研究所名誉所长、科技委主任，北京应用科学研究院副院长。他是中国最早提出“虚拟仪器”构想、最早提出和实现“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，也是中国虚拟仪器的创始人和奠基者。今天我们就一起走近一位在虚拟仪器研究领域执着跋涉、不懈攀登的长者——应怀樵，了解这位科学家的点滴人生。

　　主持人：作为我国虚拟仪器的创始人和奠基者，您认为这项科技的突破对于我国在自主创新领域走在世界前列有怎样的意义?

　　应怀樵教授：“虚拟仪器”对于大多数人来说，可能还是一个比较陌生的概念。首先，我来解释一下，它是指集数据采集和信号调理器、信号处理技术与PC机技术于一体的软件制造仪器。中国虚拟仪器DASP软件和INV移动实验室系统是与美国NI同步并行研发的，其中自主创新121项新技术，20多项达国际领先水平，是研发最早且核心技术搞得最好的科研成果。而在实际应用中，“虚拟仪器”省去了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，目前已广泛应用于国防军工、航天航空等多个部门，参与完成了火箭、神舟飞船、大桥、高铁、地铁及大型建筑和设备等上百项国家重大工程项目的测试，为促进技术变革和推动新兴产业形成，具有极其重大的经济和社会价值。此外，该产品已累计销往2000多家用户，经济效益超过2亿元，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。

　　正像香港文汇报2014年10月23日A24版《“软件制造一切，重构未来”再创新奇迹——东方所应怀樵课题组软件频率精度实现“十的负十七次方”》一文中所阐述的：“软件制造仪器将有助于节约地球资源、节省能源、材料消耗也可大幅度削减，这项发明虽然只有‘35岁’，已经使人类受益匪浅。软件制造一切、定义一切，重构未来的云智慧科技将使21世纪进入第三次工业革命的云智慧科技时代。它像2009年诺奖得主高锟教授的‘光纤通信’引发了通信革命，像2014年诺奖得主赤崎勇、中村修二的兰光LED引发第二次照明革命一样，软件制造仪器、让软件制造一切、定义一切，必将重构全世界的未来，给人类带来极大的福祉。软件制造仪器发展将有多远还不得而知，但它年轻有为、前途无量，其经济效益和社会效益是无法估量的。其意义正像中国科学报(2013.7.5)和中国高校科技2012年增刊两文中的四句评价如下：‘烈火中永生的哥白尼打破神学的诅咒;超越时光的爱因斯坦让宇宙不再遥远;苹果树下的牛顿使我们明白人不会掉到太空;虚实转换的应怀樵拖着孱弱的身躯誓让软件制造一切’，使‘软件制造一切’与‘日心说’、‘相对论’、‘万有引力’相提并论，使一个中国人和三个外国著名科学家相提并论，这将是中华民族继‘四大发明’之后，对人类文明进程中最杰出的贡献之一。”

　　主持人：给我们讲讲您研制成功中国第一台虚拟仪器并成功应用于杭州钱塘江大桥的火箭激励模态试验的经过。

　　应怀樵教授：对于铁路桥梁，特别是像钱塘江大桥这样的铁路公路双层大型桥梁，随着他们使用年限的增长，以及火车提速等要求，怎样检测他们的性能参数成为一个越来越紧迫的任务，当时我们采用的一种比较先进的办法就是进行实桥模态分析，通过模态实验和分析，可以得到桥梁各阶模态的频率、阻尼、振型、模态质量和模态刚度。

　　我们采用可测量的朝天喷的小型火箭作为激励力，试验是在1988年9月16日晚至17日凌晨进行的，我们利用火车经过间隙发射火箭，历时10个小时，共发射了14枚小型火箭，每枚火箭产生大小为1吨，持续时间为100毫秒的方波形状的推力，分为垂直激励和水平激励两种方式，垂直激励点选在跨中，水平激励点选在四分之一跨的位置。试验时，要求天气晴好，风速越小对试验越有利，火箭发射前10分钟，公路交通必须完全停止，火箭发射时，必须间隔最近通过的一列火车5分钟以上，以便使火车经过引起的余振得到足够的衰减。而这次试验也是中国首次采用小型火箭激振铁路和公路两用双层大桥，进行模态试验分析，并取到了圆满成功。试验的成功，为桥梁等大型土木结构的模态试验开创了一种用小型火箭进行激励的新方法。也是中国虚拟仪器在大型工程上的首次成功应用。应用的是中国虚拟仪器INV303系统进行测试分析，同日为汉城奥运会开幕式，中央电视台新闻联播播出了本次试验的视频和成功消息。

　　主持人：您在研究这些最前沿的科学技术过程中，遇到的最大挑战来自哪里?您是如何克服困难的?

　　应怀樵教授：在科学研究的过程中，总会遇到大大小小的问题，这是每个科研工作者都不能避免的，而通过努力来迎接挑战，克服困难，从而找到那把打开科技之门的钥匙，这也是科学的魅力所在。在我早年的学习和工作中，感觉到最大的困难和压力是无法使用磁带记录仪与信号分析仪。当时，国内还没有相关技术，只能使用进口的各种数字式FFT分析仪，这些仪器已经不能满足需要，大多存在功能单一、记录与分析分离、设备笨重、价格昂贵等缺点，尤其是有些参数根本就没办法测到，像地铁道床在核爆作用下的0HZ残余位移就无法测到。当时，我最大的愿望就是能够研制出能够满足我国科技发展需求、具有完全自主知识产权的仪器。在1965年我就想到用数字积分方法试试看，用加速度波形数字积分，求出速度再二次积分后求出位移。这是中国虚拟仪器最早期的萌芽，但当时计算工具是计算尺和手摇计算机，精度较差效果不理想，直到1970年到中国科学院计算所学习109乙机小型数字计算机，用BCY语言(相当于Algol60)算法计算，取得初步效果。在1973年本人使用ECC555小型计算机，以及用Fortran IV算法语言进行编程计算，取得了较好的结果，获得了基本成功。

　　1983年1月筹建振动咨询部，1985年10月，为了将“软件制造仪器”这一理念进行深入研究和实践，我决定成立自己的研究所。成立研究所，说起来容易做起来难，摆在我面前的首要困难就是资金。现在看起来似乎是笑话，可当年我身上真的仅有300元。就是用这区区300元，我将自己的构想，借鉴丹麦“玻尔研究所”和英国南安普顿大学“振动和噪声研究所”的模式，形成正式的材料和表格，寄发出去，联系了一批志同道合的研究员，终于成立了东方振动和噪声技术研究所。

　　主持人：您曾经提出了“云智慧仪器和云智科技时代”的概念，并作了题为《云智慧时代的第三次工业革命正在走来 “从软件制造仪器”到“软件制造一切”》的主题报告。可否跟我们介绍一些您提出的“云智慧仪器”是什么，它对于未来的科技发展意味着什么?

　　应怀樵教授：“云智慧仪器”就是应用大量的嵌入式软件和嵌入式芯片系统，发展人脑工程的各种智慧的专家系统，将(1)VI 技术(2)互联网(物联网)、(3)云计算、(4)网络高性能数采仪、(5)智能传感器等高端技术融合在一起，形成云智慧测试分析系统，并使之成为未来智慧机器人的核心。

　　“云智慧科技”的定义是(1)“软件制造”(2)互联网(物联网)(3)云计算(4)3D打印(5)VI技术。

　　我们所研制的云智慧仪器有两大核心。第一核心是一个四线、六线、八线、十六线路(可级联至1024路)的前端，使用互联网和3G与Wi-Fi技术，可以进行各种测试;第二核心包括FPGA、DSP、ARM三大嵌入系统，其中16G~64G内存卡中蕴涵大量软件。通过芯片来做的云智慧仪器包括测试软件，云上面也有软件。CSI的特点是云计算与嵌入式系统的结合，包括数采和GPS定位，应用包括计算部分的大量芯片和软件;其次是采用了物联网、Wi-Fi核心技术。CSI功能齐备，可以逐渐实现“人类智慧大集合”，如各种智慧软件与智能传感器的发展和广泛应用、GPS和北斗等时空应用。借助互联网或通过3G进行连接，这是我们所研制的云智慧测试仪器的前端，内有三个CPU同时工作。云智慧测试可以嵌入电脑，嵌入芯片，将各种仪器如手机、笔记本等仪器连起来，形成一个全国各地都可以使用的系统。该系统在三亚、渤海和重庆测试，在北京进行控制，速度之快是以前不可想象的。如今云智慧测试仪器作为研究所将来发展的一个大方向，已经初步实现，这是人类生产方式的一次革命，是人类认知社会的一个质的飞跃。

　　主持人：软件真的能制造一切吗?您心中未来的智能科技是怎样的一副图景?

　　应怀樵教授：目前人类工农业生产制造的各种产品(一切)都是人类知识和智慧的结晶，而软件又是人类智慧和知识的汇集处，将来人类的知识和智慧都汇入软件中，这样一来，软件不就可以制造一切了吗?关于“软件制造一切”，我认为就像400年前英国哲学家培根提出的“知识就是力量”一样，这里“软件制造一切”等价于“软件趋向于无穷大(软件→∞)，但是并不等于无穷大(软件≠∞)”。目前这个观点还可能会有争议，但是我相信再过十到二十年，争议就会少了。就像当今的智能手机，就是软件制造一切的典型例子。数字革命带来了深刻变化，比如信息与物质载体之间的关系。软件将来会越来越厉害，我们来看看照片，书本，地图，电影，电视，电话，电报，传真，唱片等等，所有的信息都数字化了，变成了数码，即转化成数列和数组，经过各种算法处理，又失去了原有的物质性，转变成了一种软件，现在我们手上拿的很多东西都是软件。其实简单地说“软件制造仪器”到“软件制造一切”的基石是“软件制造”，这是中华民族的原始创新的理论。它与一、二次工业革命的“硬件制造”根本不同，与牛顿力学和相对论的区别相似，可以说第三次工业革命是“新能源+云智慧科技”。用中国观点简单的说就是：“新能源”+“软件制造”=第三次工业革命。

　　“软件制造”的特点是利于人类智慧的“加法”，众人拾柴火焰高。将来软件制造将取代大量硬件制造，比如大量的无人驾驶飞机，无人驾驶汽车，火车，无人操作各种设备和各种机器人，凡是信息量高度密集，需要更多智慧核心控制的关键场合，都可以用软件和微电子芯片制造，简称“软件制造”。人们的生产，生活，机器制造，社会活动都将进入云智慧时代。对于人类过去几千年的文明而言，这将是一个神话般的“云智慧”时代，它“无处不在”、“无所不能”，凡是在有信息和管理的事件和事物过程中，云智慧都将产生决定性的作用，对全球智慧化产生关键性作用。其核心特征是制造业的“四化”：“数字化”、“软件化”、“互联化”、“个性化”，最终达到“智能化(智慧化)”。

　　随着云计算和物联网时代的到来，IT行业面临着巨大的变革。为此，我们应该建立‘云智慧科学中心’和‘云智慧故障诊断中心’，在此基础上还可建立‘云智慧医疗中心’和‘云智慧教育中心’，来迎接崭新的‘云式’智慧科技时代!

　　主持人：我们知道对于诺贝尔奖，每一位中国科学家都有一种特别的情怀，您觉得中国科学家距离拿到诺贝尔奖还有多久?

　　应怀樵教授：以“四大发明”为标志，中华民族曾为人类科技进步做出重要贡献，然而近代以来却落伍了。随着中华民族的伟大复兴，中国科学家理应在高科技领域取得原创的重大突破，向诺贝尔奖冲刺，走向世界，为国争光这是我的科学梦想。我所做的一切都是为了让我国具有自主知识产权的中国虚拟仪器登上国际领奖台，并改变国人使用外国仪器的习惯;让中国自主创新的信号处理与虚拟仪器技术走出国门，影响并改变世界。拿到诺贝尔奖，这不仅是一个科学家的荣誉，更是中华民族屹立于世界民族之林的时代要求。中国本土太需要诺贝尔科学奖了，65年了，目前虽然还是零，但我相信这一天会很快到来的，少则五年，2009年我预感到发光二极管要得诺奖，五年后得到了，我今年更预感到“中国虚拟仪器”和“软件制造一切”要得诺奖。多则十二年，赤崎勇在85岁得诺奖，我今年73岁，最晚我也在85岁时得诺奖(幽默的期望)，只要我们坚持不懈地努力并应利用国家力量冲刺诺奖，像日本一样去斯德哥尔摩游说，因为欧美不太了解中国，应像主办奥运会一样，动用国家力量而取得金牌，我相信我国许多的科技成果与发明研究都会像日本一样，诺奖井喷。科技部、奖励办应组织力量去争取诺贝尔奖并组织讨论本项科技成果有否可能获得诺奖的小型讨论会。香港文汇报今年10月23号发表的文章写的的很好，可以参考《“软件制造一切、重构未来”再创新奇迹》一文。

　　主持人：最后，我们非常感谢应怀樵教授接受《与科学家面对面》这个栏目的访谈让我们期待应怀樵教授给我们带来更多的精彩。

　　来源：中国科技网