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我國(guó)虛擬儀器技術(shù)世界領(lǐng)先

[2012/9/8]

經(jīng)過(guò)近三十年的潛心鉆研與持續(xù)創(chuàng)新，我國(guó)虛擬儀器的開(kāi)拓者和奠基人北京東方所所長(zhǎng)兼總工程師，應(yīng)懷樵教授研發(fā)的“虛擬儀器庫(kù)——振動(dòng)噪聲、模態(tài)分析移動(dòng)試驗(yàn)室新技術(shù)”具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，許多關(guān)鍵技術(shù)已居國(guó)際領(lǐng)先地位。

　　“中國(guó)虛擬儀器的構(gòu)想和實(shí)現(xiàn)是在我國(guó)國(guó)防工程——核試驗(yàn)中萌發(fā)的！睉(yīng)懷樵介紹說(shuō)。

　　1964年應(yīng)懷樵從浙江大學(xué)畢業(yè)后進(jìn)入中國(guó)鐵道科學(xué)研究院工作。1965年參與了我國(guó)西部羅布泊核試驗(yàn)基地原子彈和氫彈的核爆炸防護(hù)工程研究測(cè)試工作。1973年應(yīng)懷樵教授開(kāi)始自行嘗試用數(shù)字計(jì)算機(jī)的軟件數(shù)字積分取代傳統(tǒng)硬件模擬積分的方法解決上述問(wèn)題，并于1979年獲得成功。這是虛擬儀器的最早成功范例。1983年應(yīng)懷樵教授籌建了北京東方所的前身——振動(dòng)技術(shù)咨詢(xún)部，1985年創(chuàng)建了北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所，并下決心自籌資金研究攻克在科學(xué)儀器及測(cè)試領(lǐng)域長(zhǎng)期存在世界性技術(shù)難題。同年又提出“把試驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)，正式開(kāi)始“虛擬儀器庫(kù)——振動(dòng)噪聲、模態(tài)分析移動(dòng)試驗(yàn)室技術(shù)”的研究，在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)教授從理論上原創(chuàng)提出虛擬儀器的核心概念——“軟件制造儀器”，并于1979年在杭州召開(kāi)的國(guó)防科委“核試驗(yàn)防護(hù)工程學(xué)術(shù)會(huì)議上”正式發(fā)表，成為中國(guó)最早提出和實(shí)現(xiàn)“用軟件制造儀器”“用軟硬件相結(jié)合”來(lái)取代傳統(tǒng)的主要由硬件組成的模擬式儀器的學(xué)者，與7年后美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)提出的“軟件是儀器”的口號(hào)不謀而合(時(shí)間與美國(guó)同步)。通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新，滾動(dòng)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器庫(kù)和移動(dòng)試驗(yàn)室全面解決方案，并投入批量生產(chǎn)。

　　“虛擬儀器是在PC機(jī)基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)采、信號(hào)調(diào)理硬件、信號(hào)處理分析(DASP)及各種應(yīng)用軟件構(gòu)架而成的具有可視化界面的儀器，是一種全新概念的測(cè)試儀器！ 應(yīng)懷樵教授介紹說(shuō)，“就其用途而言，它具有真實(shí)儀器的各項(xiàng)功能，是一套真實(shí)的儀器。而‘虛擬’的含義是指用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實(shí)現(xiàn)的功能，甚至是傳統(tǒng)儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。用‘軟件制造儀器’‘用軟件代替硬件’，可以滿(mǎn)足多領(lǐng)域、多樣化的應(yīng)用和擴(kuò)展需求。” 應(yīng)教授說(shuō)，虛擬儀器的應(yīng)用前景極其廣泛，它相當(dāng)于一個(gè)“便攜式試驗(yàn)室”，可以為科學(xué)儀器與科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域帶來(lái)一次深遠(yuǎn)的技術(shù)革命。虛擬儀器的出現(xiàn)最終將取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測(cè)量、分析、控制及自動(dòng)化儀表的核心。軟件可以積聚人類(lèi)的各種智慧，經(jīng)全面推廣，將來(lái)可以發(fā)展為智慧儀器。通過(guò)應(yīng)用大量的軟件和嵌入式芯片發(fā)展人腦工程，進(jìn)行信號(hào)和信息處理，是智慧機(jī)器人的基礎(chǔ)，并成為機(jī)器人的核心技術(shù)。目前計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及并深入到家庭，為推廣應(yīng)用虛擬儀器提供了廣泛的基礎(chǔ)。

　　“目前，東方所研發(fā)的DASP虛擬儀器產(chǎn)品能取代高性能的頻譜分析儀及高性能動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，廣泛用于許多部門(mén)和行業(yè)！ 應(yīng)懷樵這樣說(shuō)。除1988年用于錢(qián)塘江大橋模態(tài)試驗(yàn)外，還完成了數(shù)十項(xiàng)重大工程項(xiàng)目試驗(yàn)測(cè)試工作，如1995年用于長(zhǎng)三捆運(yùn)載火箭全箭模態(tài)試驗(yàn)獲得成功;1996年用于“神舟”號(hào)載人飛船移動(dòng)發(fā)射平臺(tái)模態(tài)試驗(yàn)獲得成功;2004年用于航天員超重訓(xùn)練設(shè)備臂架系統(tǒng)模態(tài)分析獲得成功;2008年用于北京奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館鳥(niǎo)巢的動(dòng)態(tài)測(cè)試獲得成功。參與完成了上百項(xiàng)國(guó)家重大工程項(xiàng)目的測(cè)試。打破了此類(lèi)儀器長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面，為國(guó)家節(jié)省了數(shù)億美元外匯。

　　在創(chuàng)新中國(guó)虛擬儀器的基礎(chǔ)上，2009年11月應(yīng)懷樵教授在桂林又提出第五代儀器——“云”智慧儀器的概念，即應(yīng)用大量的軟件和嵌入式芯片發(fā)展人腦工程，將虛擬儀器技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)高性能數(shù)采儀、智能傳感器、云計(jì)算等高端技術(shù)融合在一起，形成云智慧測(cè)試分析儀器，并使之成為未來(lái)智慧機(jī)器人的核心。