我和随机振动的40年--一个老专家回忆

qiaohai

随机振动的概念70年代我才在南航的一本讲义上看到，后来有机会英国人送我们一本随机振动概论的书，又学习了一点。
什么是随机信号呢？简单说就是杂乱信号，无法预知的信号，噪音信号。特点是其能量在一定频率范围内连续分布。随机振动信号的频率范围在5~2000Hz左右。航空航天飞行器振动环境接近随机，随机振动试验可以在它频率范围内激起试验件所有共振频率，不易漏掉，考核产品抗振性能比较严格。早先做出过模拟式随机振动控制器，但太粗糙。数字频谱分析用到傅里叶变换，计算工作量很大，只是在计算机发展了，又发明了快速傅里叶变换FFT方法，美国人70年代才首先做出数字随机振动控制仪，用于航空航天产品试验。随机振动试验现已推广到世界各行业，成为优先考虑的方法。
我主管的我所第一台数字随机振动控制仪1980年抢先研制成功，填补国内空白，得到部二等奖。由于当时所用国产计算机不稳定，它不能坚持工作多久。但为后继工作开了个好头。
第二台，1984年苏州试验仪器厂放弃原先与XX大学合作，转而与我所合作开发随机控制仪。他们选用INTEL 8086计算机，我们负责核心硬件设计和软件开发，我们用部分合作经费买了一台与它兼容的IBM-PC机调试软件。第二年项目就搞成了，经中国计量院检定合格，他们完成了部下达的任务，得到江苏省三等奖，国内首次售出了几台国产随机控制仪。

参见全文：

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（续上）

我们自己继续做第三台，电脑就用这台IBM-PC机，做的硬件类似第二台，没有另配DSP，所有计算工作全由这台PC机去做，经测试，所有预定硬技术指标都能达到，由于8088 CPU计算速度比第二台的8086慢，软指标“均衡时间”（从试验开始到稳定所需时间）比第二台还慢一点，比最佳指标相差很多。我们将它代替淘汰的第一台用于对外承接随机振动试验任务。蒙上帝照顾，IBM-PC机成了世界主流个人电脑，并很快升级到XT，286。。。计算速度猛增，外设也逐渐升级配齐，各家电脑都与他兼容，我们没费劲，到1990年时，配286机各项性能指标自动变得相当完美了！开始正式投放市场。除了随机以外我们还增加了随机随机，正弦随机，正弦扫频，冲击等共6项试验功能。

苏州厂闻讯赶来，由于他们产品已过时，要求我们再转让技术，基于老合作关系我们满足了他们，图纸和源代码都给了他们。我们是不断更新的，比如电脑升级，中文，彩显。。。等。可惜他们只重当前生产，一点点发展工作也不做，卖了几年又落伍了。1996年，苏州 XX新振动台公司，好不容易得到巴基斯坦2台振动台订货，台子快做好了，请苏州总厂的人给做的控制器因为市场上已买不到286机而老出不来，进口的又太贵，急的没办法，找我们赶做了2台，配486机，及时向国外交了货。此后他们发展很快，一直与我们保持良好的合作关系。

1990年代国内还能做出商品型随机控制仪的只有北京自动化所了，他们曾派了好几个人参加苏州总厂的鉴定会“学习”。他们专门成立了中元公司，推出产品四处销售，他们在硬件方面装了多个DSP，分担各部分计算工作，速度加快了，也带来开发和生产成本提高，所以大喊我们报价为“市场破坏价”！更要命的可能是他们软件不成熟，在家勉强调好了，但总经不起各家不同振动台的联机考验，工作不稳定，产品始终没得到市场认可。

（未完待续）

补充内容 (2020-10-21 11:17):
我们的软件曾经和别家的硬件成功组合成振动控制仪。90年代某厂经调研，看中XX大学做的采集器硬件比我们高一档，同时又看中我们的软件，于是提出看起来十分荒诞的要用我们的软件配那一家的硬件组成振动控制器，我居然同意了，最后也搞成功了！这种方案在技术上尤其在商业上都存有巨大风险。我现在想如果当年中元公司用他们的硬件再配我们的软件可能能够走出他们的困局也说不定的。当年我和他们的CEO见过面，没有讨论过。

补充内容 (2020-12-2 21:12):
中元公司后来自己生产振动台和其它环境试验设备，控制仪和自己生产的振动台配套。

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zhaoyujian

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qiaohai

（续完）
（补充）我们的软件曾经和别家的硬件成功组合成振动控制仪！90年代某厂经调研，看中XX大学做的采集器硬件比我们高一档，同时又看中我们的软件，于是提出看起来十分荒诞的要用我们的软件配那一家的硬件组成振动控制器，我居然同意了，最后也搞成功了！这种方案在技术上尤其在商业上都存有巨大风险。我现在想如果当年中元公司用他们的硬件再配我们的软件可能能够走出他们的困局也说不定的。当年我和他们的CEO见过面，没有讨论过。（补充完）
退休后我们接着不断改进，硬件技术发展很快，采集器的速度精度提高很多，电脑发展也很快，一停顿就赶不上，十几年间先后做成对应16位ISA总线, 24位PCI总线和USB串行三种接口的数据采集器，依次做出我们第4，5，6型振动控制仪供应市场。我们没有采用振动界当时很时髦的DSP小闭环控制，其优点还是很明显的，主要两点，响应速度快，干扰影响小。我们还坚持用主机控制，这样对硬件要求低。起先在DOS单用户系统下响应速度是微秒级，我们并不存在问题，后来发展到Windows多用户系统，界面好看了，电脑功能变多了，但响应速度变为毫秒级，做实时控制就有问题了，我们软硬件人员共同努力解决难题，做到了硬指标绝对保证，软指标差别不大；而干扰问题是理论上的，比如病毒，实际上多年来没有发现过有病毒干扰我们系统工作。这一阶段我们主要供应给振动台厂商，由他们直接面对最终用户，他们都能顺利应对各种实际情况，用户使用也非常顺手，并未出现和反馈过这类问题。总之，我们的控制仪比较成熟，得到众多最终用户包括国外和外企用户的认可。缺点是ISA采集卡没有做保密设计，被人仿制并盗用我们软件私自出售，对此我们宽容对待。但下两种采集卡采用了保密设计，没有再发现盗版问题。
我个人在团队里的任务是总管+软件，自己编程，控制软件的脉络没变，而编程语言先后从无操作系统汇编->DOS+汇编->DOS+BASIC，退休后->DOS+C->Windows 98+ VC6->Windows XP+ VC6逐步发展，我上大学时电子计算机尚未发明出来，编程完全自学，第一个大作业就是汇编FFT。现在FFT到处可以随意调用，当时无此条件，就有人花四位数人民币买过我的BASIC调用（16位整数）FFT汇编程序，当时要求是1024点FFT运行时间不超过XX ms。
本世纪初，也就在我们退休的前后，美国一家振动台公司有3名中国雇员回国发展，带回来技术，在杭州生产出售振动控制仪，后来他们的雇员又分出成立公司或被振动台公司收编，到处开花。我们的各型振动控制仪靠性价比优势与他们一起共同挤掉了同类进口产品在中国绝大部分市场。
与随机振动相伴40年，做成6代随机振动控制仪。谢谢多位合作者，没有他们我孤掌难鸣！
不当之处欢迎指教。我老了，现在真正退休了。谢谢大家。

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qiaohai

我们的软件还有一次“帮助”别人完成随机控制器任务。也是90年代，我们部一个所，他们搞液压振动台，也需要做随机控制器，大概做了一半做不下去了或者想走捷径，提出要买我们软件，一个部的么就没有推辞，给了他们全套软件源代码，换个输出输入接口就可以工作，于是他们很顺利完成任务。还报了奖，也许还随液压台卖出几套吧。内行人知道这两种控制器是一码事。如此算来我们一共完成了6+2代了吧！（再补充完）。

再看看我另一段较早的关于随机振动的回忆：

http://forum.vibunion.com/thread-108304-1-1.html

szdlliuzm

2002年时苏州东菱公司就是用国产的RVC-2控制仪，是DOS系统，
2003年后RVC-2就是98操作系统 用研华的工控机 ISA卡，在2003年时苏试就是用杭州四海通的控制仪，苏试最早是有用RVC-2的国产控制仪，在我印象中2002年后就没有卖过RVC-2控制仪，苏试卖的是日本的RC-1140 ，这个是DOS系统操作。苏试还有就配美国Commet的控制仪了。

szdlliuzm

hcharlie应该就是RVC-2软件的开发人，向主任致敬！

qiaohai

小结：
这40年我们随机系统大致分4个阶段:
* 80年代开发期，限于电脑发展水平，实用性有限；
* 90年代推广期，微机发展，随机系统进入实用期；
* 00年代兴旺期，国内工业大发展，需求增大，进入旺季；
* 10年代收尾期，国内供大于求，逐步收摊隐退。
个人经验：
•        我是搞振动的，学习一点随机振动是份内的事，我还比较精通电子电路，又学了计算机技术，软件技术，跨专业了，这对我有勇气搞随机振动计算机控制项目而且能搞成是极其重要的。
•        自制硬件尽量简单，小而精，这样结构减少，成功概率高，成本低。有些单位财大气粗，开发的内容大而全，很多是属于纯电脑行业的，最后很难收摊，不了了之。
•        本人既是开发者，又是用户，自己出题自己做，技术要求合理，解决办法合适，需要和可能结合得较好。
•        抓住机遇，以高水平低报价吸引合作者，帮对方完成了新品开发任务，我方得到进一步经验和资金支持得以继续开发，做到双赢。
•        不断学习，不断发展，得以延续40年。


补充内容 (2021-1-3 09:56):
推广期用户集中在航空，航天，电子，军工单位，第一家用户是三机部某研究所，他们振动台和试验件都挺大，交货调试时单点随机控制难控制好，改用4点平均控制平稳过关，打了一个开门红。

fridayxi

现在振动台厂家基本都有了自己控股的控制仪生产厂家了，杭州那家也转做振动台检定系统了，另外增加了可靠性试验。

qiaohai

朱位秋，力学专家。1938年生于浙江义乌。1961年毕业于西北工业大学工程力学专业，1964年西北工业大学非线性振动专业研究生毕业。现任浙江大学力学系教授。
主要从事非线性随机动力学与控制研究。国际上首次提出与发展了随机激励的耗散的哈密顿系统理论。得到了四类能量非等分精确平稳解，打破了60年来只有能量等分精确平稳解的局面。提出与发展了高斯白噪声激励下耗散哈密顿系统等效非线性系统法、拟哈密顿系统随机平均法，研究拟哈密顿系统随机稳定性、随机分岔及首次穿越的理论方法，以及分别以响应最小、稳定性或可靠性最大为目标的非线性随机最优控制理论方法。上述创新研究成果构成了一个非线性随机动力学与控制的哈密顿理论体系框架，为解决工程中一系列极其困难的非线性随机动力学与控制关键问题提供了一整套全新而有效的理论方法。
2003年当选为中国科学院院士。