应怀樵:无悔“虚拟仪器”人生

   日期:2012-06-20     来源:中国测控网    评论:0    
核心提示:应怀樵教授创建的中国虚拟仪器新技术,最大的贡献在于1979年原创提出了用“软件制造仪器”的核心概念,2009年又提出“云智慧仪器”的概念,2012年他提出了“云智慧时代”的新概念——用“软件制造”取代传统的“硬件制造”。并全面研发完成及实现虚拟仪器库和移动试验室的强大功能。该系统含有一百多项新技术,有20多项居国际领先水平。


应怀樵:教授,我国最早提出“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。1964年毕业于浙江大学,进入中国铁道科学研究院工作,1965年参与了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测试工作,学习原子弹爆炸测试技术。1973年,应怀樵教授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实际问题,并于1979年获得成功。同年,应怀樵教授原创性地提出了虚拟仪器的核心概念——“软件制造仪器”。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,名列展览会表扬名单的第一位。

  共振是一种常见的物理现象,不仅在日常生活中随处可见,而且也是现代化科技和工业发展进程中的普遍现象。人们时常因为共振的常见性而对其有所忽略,然而,在国家的工业发展领域里,如果不能有效解决共振和噪声的问题,对国家科技和经济发展所造成的危害将是不可估量的。北京东方振动和噪声技术研究所所长应怀樵教授数十年来披肝沥胆,在虚拟仪器、测控技术、振动与噪声控制等科技创新领域取得了重大研究成果。

  让试验室拎着走

  因自主创新研发完成DASP虚拟仪器库和INV系列虚拟仪器——移动试验室,应怀樵教授获得了学术界的尊敬。虽然面对荣誉,他总是淡然地表示所做的一切努力都是为了研发我国具有自主知识产权的科学仪器,让我国的科学研究事业不再依赖于外国仪器,使中国自主创新的信号处理与虚拟仪器技术能够走出国门,在全世界得到普及,面向更广阔的天地自由发展,但是他所做出的成绩及其重要意义是不容置疑的。

  为了更好地施展所学、让研究所得成果得到更好的推广和应用,在邓小平同志“科技是第一生产力”的号召下,1983年,应教授筹建了北京东方所的前身——振动技术咨询部,1985年创建了北京东方振动和噪声技术研究所,并下决心自筹资金研究攻克在科学仪器及测试领域长期存在的世界性技术难题。同时,他还提出了“把试验室拎着走”的目标,正式展开了“虚拟仪器库——振动噪声、模态分析移动试验室技术”的研究。

  虚拟仪器是在PC机基础上通过数采、信号调理硬件、信号处理分析(DASP)及各种应用软件构架而成的具有可视化界面的仪器,是一种全新概念的测试仪器。就其用途而言,它具有真实仪器的各项功能,是一套真实的仪器。而“虚拟”的含义是指用软件来实现传统仪器中许多硬件所实现的功能,甚至是传统仪器无法实现的功能。用“软件制造仪器”“用软件代替硬件”,可以满足多领域、多样化的应用和扩展需求。

  在东方所将近30年的研究发展历程中,应怀樵和他的团队共取得115项创新技术。其中,由东方所研制的DASP虚拟仪器库、振动噪声和模态分析移动试验室由具备各种功能的软件模块构成,包括采集分析、虚拟仪器库、信号发生器、模态分析与动力学修改、声学分析、旋转机械、路桥土木、振动台控制、计量检定、应用测试共10个一级模块及170多个二级模块、300多万条指令、230M字节的巨大容量,经鉴定专家评定为一流的科技成果,在工程建设的第一线发挥了重要作用。经他率领团队研发的具有我国自主产权的虚拟仪器产品,不但在技术上实现了世界领先,而且体积也远远小于前代产品,目前最先进的仅有笔记本大小。

  为解决虚拟器难题鞠躬尽瘁

  在多年艰苦的技术攻关工作中,应怀樵教授带领研发团队共研制攻克了多项世界性的技术难题,使得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档次测量仪器直接跃入了高端高精度测量仪器的领先水平。应教授攻克的难题包括:

  基于平台设计的虚拟仪器库技术。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均产生了巨大影响,还能实现一些硬件无法完成的功能,代表了我国在虚拟仪器研发方面的最高水平。

  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,达到国际领先水平,已获得国家发明专利。目前已完成的重点项目包括神舟飞船750吨移动发射平台、“长三捆”大型运载火箭、航天员超重训练机的模态试验等数十个国家重点项目,效果优良。

  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和幅值计,软件的幅值与频率目前均可达到十进制12—14位数字测量精度,比国外常规方法提高精度100万倍,具有重大国际影响力。

  超低频信号快速测量技术。对于超低频信号的快速准确测定已达到国际领先水平。

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

  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。

  振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术。应教授的课题组创新提出了全程微积分方法,尤其适合于连续采集的时间序列,创新了虚拟通道技术,实现了AVD“一入三出”振动全息实时动态连续测量。

  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,但是运用自动化模态分析手段一般的工作人员即可以通过简单操作获得专家级的模态分析结果。

  24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪技术。24位双核采集仪具有160dB的超宽量程范围,既保证了大信号不会因为出现过载而导致试验失败,又能同时保证微弱信号不会因为欠载而导致信噪比不足,为国内首创,在国际上居于领先水平,更适合具有特殊要求的高难度试验。

  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。此技术是一项世界难题,应教授的课题组为此原创提出了由软件构成的在数采过程中实时快速精确测试幅频和相频曲线,并通过YSL专门技术实时实现传递函数的控制和反演,已经在DASP软件中取得了成功应用。这项技术可以极大地扩展仪器的频率测试范围,提高测试精度,具有极强的国际竞争力。

  执着科研无怨无悔

  应怀樵教授创建的中国虚拟仪器新技术,最大的贡献在于1979年原创提出了用“软件制造仪器”的核心概念,2009年又提出“云智慧仪器”的概念,2012年他提出了“云智慧时代”的新概念——用“软件制造”取代传统的“硬件制造”。并全面研发完成及实现虚拟仪器库和移动试验室的强大功能。该系统含有一百多项新技术,有20多项居国际领先水平。

  虚拟仪器的应用前景极为广泛,几乎相当于一个“便携式试验室”,可以为科学仪器与科学试验领域带来一次深远的技术革命。虚拟仪器的出现最终将取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品,成为测量、分析、控制及自动化仪表的核心。软件可以积聚人类的各种智慧,经全面推广,将来可以发展为智慧仪器。早在1988年9月16日,应教授研发的DASP虚拟仪器库就作为我国最早研制成功的虚拟仪器产品,被首次应用于杭州钱塘江大桥的火箭激振模态试验分析,获得圆满成功,1995年又成功应用在长三捆火箭全箭模态试验。此外,这一仪器还在1996年被用于“神舟”号载人飞船移动发射平台模态试验,获得圆满成功,2004年用于航天员超重训练设备臂架系统模态分析,再次获得圆满成功。

  应怀樵教授因为在虚拟仪器DASP系统研发方面的突出成就,多家媒体或栏目均对他的事迹进行了报道。

  然而,由于超负荷的长期工作和过度劳累,应教授的健康被毁了,他在1994年突发脑出血、2003年患上脑血栓,2004年、2005年突发心梗阻,历经三次中风、四次心梗。病魔没能让应教授屈服,如今的他仍然在以超人般的毅力坚持奋战在一生为之不懈努力求索的工作岗位上。应教授关心的并非个人的生死荣辱,如今系在他心上的,是具有我们中华民族自主知识产权的“虚拟仪器库——振动噪声、模态分析移动试验室新技术”成果(已获得北京市2010年科学技术二等奖),是我们早于美国率先提出的,既是原创性的,又是居于世界领先地位的,全面推广具有巨大的经济和社会价值。

  年迈的应怀樵教授仍然在为此努力着,他屹立在创世界一流“虚拟仪器”的科研阵地上,以执着的精神继续着自己的科研人生和科学理想,无悔奉献。

 

 
  
  
  
  
 
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