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          虛擬儀器設備成為儀器領域的主流產品

           經過近三十年的潛心鉆研與持續創新,我國虛擬儀器的開拓者和奠基人北京東方所所長兼總工程師,應懷樵教授研發的“虛擬儀器庫——振動噪聲、模態分析移動試驗室新技術”具備自主知識產權,許多關鍵技術已居國際領先地位。

              “中國虛擬儀器的構想和實現是在我國國防工程——核試驗中萌發的。”應懷樵介紹說。

              1964年應懷樵從浙江大學畢業后進入中國鐵道科學研究院工作。1965年參與了我國西部羅布泊核試驗基地原子彈和氫彈的核爆炸防護工程研究測試工作。1973年應懷樵教授開始自行嘗試用數字計算機的軟件數字積分取代傳統硬件模擬積分的方法解決上述問題,并于1979年獲得成功。這是虛擬儀器的最早成功范例。1983年應懷樵教授籌建了北京東方所的前身——振動技術咨詢部,1985年創建了北京東方振動和噪聲技術研究所,并下決心自籌資金研究攻克在科學儀器及測試領域長期存在世界性技術難題。同年又提出“把試驗室拎著走”的目標,正式開始“虛擬儀器庫——振動噪聲、模態分析移動試驗室技術”的研究,在總結實踐經驗的基礎上,應教授從理論上原創提出虛擬儀器的核心概念——“軟件制造儀器”,并于1979年在杭州召開的國防科委“核試驗防護工程學術會議上”正式發表,成為中國最早提出和實現“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,與7年后美國國家儀器公司(NI)提出的“軟件是儀器”的口號不謀而合(時間與美國同步)。通過持續創新,滾動發展,實現了虛擬儀器庫和移動試驗室全面解決方案,并投入批量生產。

              “虛擬儀器是在PC機基礎上通過數采、信號調理硬件、信號處理分析(DASP)及各種應用軟件構架而成的具有可視化界面的儀器,是一種全新概念的測試儀器。”應懷樵教授介紹說,“就其用途而言,它具有真實儀器的各項功能,是一套真實的儀器。而‘虛擬’的含義是指用軟件來實現傳統儀器中許多硬件所實現的功能,甚至是傳統儀器無法實現的功能。用‘軟件制造儀器’‘用軟件代替硬件’,可以滿足多領域、多樣化的應用和擴展需求。”應教授說,虛擬儀器的應用前景極其廣泛,它相當于一個“便攜式試驗室”,可以為科學儀器與科學試驗領域帶來一次深遠的技術革命。虛擬儀器的出現最終將取代大量的傳統儀器成為儀器領域的主流產品,成為測量、分析、控制及自動化儀表的核心。軟件可以積聚人類的各種智慧,經全面推廣,將來可以發展為智慧儀器。通過應用大量的軟件和嵌入式芯片發展人腦工程,進行信號和信息處理,是智慧機器人的基礎,并成為機器人的核心技術。目前計算機與互聯網已經普及并深入到家庭,為推廣應用虛擬儀器提供了廣泛的基礎。

              “目前,東方所研發的DASP虛擬儀器產品能取代高性能的頻譜分析儀及高性能動態信號分析儀,廣泛用于許多部門和行業。”應懷樵這樣說。除1988年用于錢塘江大橋模態試驗外,還完成了數十項重大工程項目試驗測試工作,如1995年用于長三捆運載火箭全箭模態試驗獲得成功;1996年用于“神舟”號載人飛船移動發射平臺模態試驗獲得成功;2004年用于航天員超重訓練設備臂架系統模態分析獲得成功;2008年用于北京奧運會場館鳥巢的動態測試獲得成功。參與完成了上百項國家重大工程項目的測試。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。

              在創新中國虛擬儀器的基礎上,2009年11月應懷樵教授在桂林又提出第五代儀器——“云”智慧儀器的概念,即應用大量的軟件和嵌入式芯片發展人腦工程,將虛擬儀器技術與互聯網、物聯網、網絡高性能數采儀、智能傳感器、云計算等高端技術融合在一起,形成云智慧測試分析儀器,并使之成為未來智慧機器人的核心。

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