導讀：本次采訪對象是世界一流科學家、中國虛擬儀器之父、著名振動噪聲與信號處理專家應懷樵，目前他擔任北京東方振動和噪聲技術研究所名譽所長、科技委主任，北京應用科學研究院副院長。他是中國最早提出“虛擬儀器”構想、最早提出和實現“用軟件制造儀器”，“用軟硬件相結合”來取代傳統的主要由硬件組成的模擬式儀器的學者，也是中國虛擬儀器的創始人和奠基者。今天我們就一起走近一位在虛擬儀器研究領域執著跋涉、不懈攀登的長者——應懷樵，了解這位科學家的點滴人生。
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主持人：作為我國虛擬儀器的創始人和奠基者，您認為這項科技的突破對于我國在自主創新領域走在世界前列有怎樣的意義?
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應懷樵教授：“虛擬儀器”對于大多數人來說，可能還是一個比較陌生的概念。首先，我來解釋一下，它是指集數據采集和信號調理器、信號處理技術與PC機技術于一體的軟件制造儀器。中國虛擬儀器DASP軟件和INV移動實驗室系統是與美國NI同步并行研發的，其中自主創新121項新技術，20多項達國際領先水平，是研發最早且核心技術搞得最好的科研成果。而在實際應用中，“虛擬儀器”省去了大量昂貴和笨重的硬件材料和人力物力、設備、廠房及能源，便于生產、攜帶，目前已廣泛應用于國防軍工、航天航空等多個部門，參與完成了火箭、神舟飛船、大橋、高鐵、地鐵及大型建筑和設備等上百項國家重大工程項目的測試，為促進技術變革和推動新興產業形成，具有極其重大的經濟和社會價值。此外，該產品已累計銷往2000多家用戶，經濟效益超過2億元，打破了此類儀器長期依賴進口的局面，為國家節省了數億美元外匯。
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正像香港文匯報2014年10月23日A24版《“軟件制造一切，重構未來”再創新奇跡——東方所應懷樵課題組軟件頻率精度實現“十的負十七次方”》一文中所闡述的：“軟件制造儀器將有助于節約地球資源、節省能源、材料消耗也可大幅度削減，這項發明雖然只有‘35歲’，已經使人類受益匪淺。軟件制造一切、定義一切，重構未來的云智慧科技將使21世紀進入第三次工業革命的云智慧科技時代。它像2009年諾獎得主高錕教授的‘光纖通信’引發了通信革命，像2014年諾獎得主赤崎勇、中村修二的蘭光LED引發第二次照明革命一樣，軟件制造儀器、讓軟件制造一切、定義一切，必將重構全世界的未來，給人類帶來極大的福祉。軟件制造儀器發展將有多遠還不得而知，但它年輕有為、前途無量，其經濟效益和社會效益是無法估量的。其意義正像中國科學報(2013.7.5)和中國高校科技2012年增刊兩文中的四句評價如下：‘烈火中永生的哥白尼打破神學的詛咒;超越時光的愛因斯坦讓宇宙不再遙遠;蘋果樹下的牛頓使我們明白人不會掉到太空;虛實轉換的應懷樵拖著孱弱的身軀誓讓軟件制造一切’，使‘軟件制造一切’與‘日心說’、‘相對論’、‘萬有引力’相提并論，使一個中國人和三個外國著名科學家相提并論，這將是中華民族繼‘四大發明’之后，對人類文明進程中最杰出的貢獻之一。”
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主持人：給我們講講您研制成功中國第一臺虛擬儀器并成功應用于杭州錢塘江大橋的火箭激勵模態試驗的經過。
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應懷樵教授：對于鐵路橋梁，特別是像錢塘江大橋這樣的鐵路公路雙層大型橋梁，隨著他們使用年限的增長，以及火車提速等要求，怎樣檢測他們的性能參數成為一個越來越緊迫的任務，當時我們采用的一種比較先進的辦法就是進行實橋模態分析，通過模態實驗和分析，可以得到橋梁各階模態的頻率、阻尼、振型、模態質量和模態剛度。
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我們采用可測量的朝天噴的小型火箭作為激勵力，試驗是在1988年9月16日晚至17日凌晨進行的，我們利用火車經過間隙發射火箭，歷時10個小時，共發射了14枚小型火箭，每枚火箭產生大小為1噸，持續時間為100毫秒的方波形狀的推力，分為垂直激勵和水平激勵兩種方式，垂直激勵點選在跨中，水平激勵點選在四分之一跨的位置。試驗時，要求天氣晴好，風速越小對試驗越有利，火箭發射前10分鐘，公路交通必須完全停止，火箭發射時，必須間隔最近通過的一列火車5分鐘以上，以便使火車經過引起的余振得到足夠的衰減。而這次試驗也是中國首次采用小型火箭激振鐵路和公路兩用雙層大橋，進行模態試驗分析，并取到了圓滿成功。試驗的成功，為橋梁等大型土木結構的模態試驗開創了一種用小型火箭進行激勵的新方法。也是中國虛擬儀器在大型工程上的首次成功應用。應用的是中國虛擬儀器INV303系統進行測試分析，同日為漢城奧運會開幕式，中央電視臺新聞聯播播出了本次試驗的視頻和成功消息。
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主持人：您在研究這些最前沿的科學技術過程中，遇到的最大挑戰來自哪里?您是如何克服困難的?
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應懷樵教授：在科學研究的過程中，總會遇到大大小小的問題，這是每個科研工作者都不能避免的，而通過努力來迎接挑戰，克服困難，從而找到那把打開科技之門的鑰匙，這也是科學的魅力所在。在我早年的學習和工作中，感覺到最大的困難和壓力是無法使用磁帶記錄儀與信號分析儀。當時，國內還沒有相關技術，只能使用進口的各種數字式FFT分析儀，這些儀器已經不能滿足需要，大多存在功能單一、記錄與分析分離、設備笨重、價格昂貴等缺點，尤其是有些參數根本就沒辦法測到，像地鐵道床在核爆作用下的0HZ殘余位移就無法測到。當時，我最大的愿望就是能夠研制出能夠滿足我國科技發展需求、具有完全自主知識產權的儀器。在1965年我就想到用數字積分方法試試看，用加速度波形數字積分，求出速度再二次積分后求出位移。這是中國虛擬儀器最早期的萌芽，但當時計算工具是計算尺和手搖計算機，精度較差效果不理想，直到1970年到中國科學院計算所學習109乙機小型數字計算機，用BCY語言(相當于Algol60)算法計算，取得初步效果。在1973年本人使用ECC555小型計算機，以及用Fortran IV算法語言進行編程計算，取得了較好的結果，獲得了基本成功。
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1983年1月籌建振動咨詢部，1985年10月，為了將“軟件制造儀器”這一理念進行深入研究和實踐，我決定成立自己的研究所。成立研究所，說起來容易做起來難，擺在我面前的首要困難就是資金。現在看起來似乎是笑話，可當年我身上真的僅有300元。就是用這區區300元，我將自己的構想，借鑒丹麥“玻爾研究所”和英國南安普頓大學“振動和噪聲研究所”的模式，形成正式的材料和表格，寄發出去，聯系了一批志同道合的研究員，終于成立了東方振動和噪聲技術研究所。
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主持人：您曾經提出了“云智慧儀器和云智科技時代”的概念，并作了題為《云智慧時代的第三次工業革命正在走來 “從軟件制造儀器”到“軟件制造一切”》的主題報告。可否跟我們介紹一些您提出的“云智慧儀器”是什么，它對于未來的科技發展意味著什么?
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應懷樵教授：“云智慧儀器”就是應用大量的嵌入式軟件和嵌入式芯片系統，發展人腦工程的各種智慧的專家系統，將(1)VI 技術(2)互聯網(物聯網)、(3)云計算、(4)網絡高性能數采儀、(5)智能傳感器等高端技術融合在一起，形成云智慧測試分析系統，并使之成為未來智慧機器人的核心。
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“云智慧科技”的定義是(1)“軟件制造”(2)互聯網(物聯網)(3)云計算(4)3D打印(5)VI技術。
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我們所研制的云智慧儀器有兩大核心。第一核心是一個四線、六線、八線、十六線路(可級聯至1024路)的前端，使用互聯網和3G與Wi-Fi技術，可以進行各種測試;第二核心包括FPGA、DSP、ARM三大嵌入系統，其中16G~64G內存卡中蘊涵大量軟件。通過芯片來做的云智慧儀器包括測試軟件，云上面也有軟件。CSI的特點是云計算與嵌入式系統的結合，包括數采和GPS定位，應用包括計算部分的大量芯片和軟件;其次是采用了物聯網、Wi-Fi核心技術。CSI功能齊備，可以逐漸實現“人類智慧大集合”，如各種智慧軟件與智能傳感器的發展和廣泛應用、GPS和北斗等時空應用。借助互聯網或通過3G進行連接，這是我們所研制的云智慧測試儀器的前端，內有三個CPU同時工作。云智慧測試可以嵌入電腦，嵌入芯片，將各種儀器如手機、筆記本等儀器連起來，形成一個全國各地都可以使用的系統。該系統在三亞、渤海和重慶測試，在北京進行控制，速度之快是以前不可想象的。如今云智慧測試儀器作為研究所將來發展的一個大方向，已經初步實現，這是人類生產方式的一次革命，是人類認知社會的一個質的飛躍。
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主持人：軟件真的能制造一切嗎?您心中未來的智能科技是怎樣的一副圖景?
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應懷樵教授：目前人類工農業生產制造的各種產品(一切)都是人類知識和智慧的結晶，而軟件又是人類智慧和知識的匯集處，將來人類的知識和智慧都匯入軟件中，這樣一來，軟件不就可以制造一切了嗎?關于“軟件制造一切”，我認為就像400年前英國哲學家培根提出的“知識就是力量”一樣，這里“軟件制造一切”等價于“軟件趨向于無窮大(軟件→∞)，但是并不等于無窮大(軟件≠∞)”。目前這個觀點還可能會有爭議，但是我相信再過十到二十年，爭議就會少了。就像當今的智能手機，就是軟件制造一切的典型例子。數字革命帶來了深刻變化，比如信息與物質載體之間的關系。軟件將來會越來越厲害，我們來看看照片，書本，地圖，電影，電視，電話，電報，傳真，唱片等等，所有的信息都數字化了，變成了數碼，即轉化成數列和數組，經過各種算法處理，又失去了原有的物質性，轉變成了一種軟件，現在我們手上拿的很多東西都是軟件。其實簡單地說“軟件制造儀器”到“軟件制造一切”的基石是“軟件制造”，這是中華民族的原始創新的理論。它與一、二次工業革命的“硬件制造”根本不同，與牛頓力學和相對論的區別相似，可以說第三次工業革命是“新能源+云智慧科技”。用中國觀點簡單的說就是：“新能源”+“軟件制造”=第三次工業革命。
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“軟件制造”的特點是利于人類智慧的“加法”，眾人拾柴火焰高。將來軟件制造將取代大量硬件制造，比如大量的無人駕駛飛機，無人駕駛汽車，火車，無人操作各種設備和各種機器人，凡是信息量高度密集，需要更多智慧核心控制的關鍵場合，都可以用軟件和微電子芯片制造，簡稱“軟件制造”。人們的生產，生活，機器制造，社會活動都將進入云智慧時代。對于人類過去幾千年的文明而言，這將是一個神話般的“云智慧”時代，它“無處不在”、“無所不能”，凡是在有信息和管理的事件和事物過程中，云智慧都將產生決定性的作用，對全球智慧化產生關鍵性作用。其核心特征是制造業的“四化”：“數字化”、“軟件化”、“互聯化”、“個性化”，最終達到“智能化(智慧化)”。
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隨著云計算和物聯網時代的到來，IT行業面臨著巨大的變革。為此，我們應該建立‘云智慧科學中心’和‘云智慧故障診斷中心’，在此基礎上還可建立‘云智慧醫療中心’和‘云智慧教育中心’，來迎接嶄新的‘云式’智慧科技時代!
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主持人：我們知道對于諾貝爾獎，每一位中國科學家都有一種特別的情懷，您覺得中國科學家距離拿到諾貝爾獎還有多久?
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應懷樵教授：以“四大發明”為標志，中華民族曾為人類科技進步做出重要貢獻，然而近代以來卻落伍了。隨著中華民族的偉大復興，中國科學家理應在高科技領域取得原創的重大突破，向諾貝爾獎沖刺，走向世界，為國爭光這是我的科學夢想。我所做的一切都是為了讓我國具有自主知識產權的中國虛擬儀器登上國際領獎臺，并改變國人使用外國儀器的習慣;讓中國自主創新的信號處理與虛擬儀器技術走出國門，影響并改變世界。拿到諾貝爾獎，這不僅是一個科學家的榮譽，更是中華民族屹立于世界民族之林的時代要求。中國本土太需要諾貝爾科學獎了，65年了，目前雖然還是零，但我相信這一天會很快到來的，少則五年，2009年我預感到發光二極管要得諾獎，五年后得到了，我今年更預感到“中國虛擬儀器”和“軟件制造一切”要得諾獎。多則十二年，赤崎勇在85歲得諾獎，我今年73歲，最晚我也在85歲時得諾獎(幽默的期望)，只要我們堅持不懈地努力并應利用國家力量沖刺諾獎，像日本一樣去斯德哥爾摩游說，因為歐美不太了解中國，應像主辦奧運會一樣，動用國家力量而取得金牌，我相信我國許多的科技成果與發明研究都會像日本一樣，諾獎井噴。科技部、獎勵辦應組織力量去爭取諾貝爾獎并組織討論本項科技成果有否可能獲得諾獎的小型討論會。香港文匯報今年10月23號發表的文章寫的的很好，可以參考《“軟件制造一切、重構未來”再創新奇跡》一文。
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主持人：最后，我們非常感謝應懷樵教授接受《與科學家面對面》這個欄目的訪談讓我們期待應懷樵教授給我們帶來更多的精彩。
