© Агеева Алина
Используя АОМ и множество виртуальных экспериментов, разработчики (Корея) создали имитационную модель военной операции для уровня пехотных рот, со встроенной системой управления, а также проанализировали её эффективность в боевых условиях и вычислили время задержек, затрачиваемое системой для анализа вводных данных, принятия военно-тактических решений и выдачи соответствующих команд-приказов. Модель может быть использована для тренировки командиров малых армейских подразделений
Моделирование систем управления (СУ) для военных целей считается довольно трудной задачей из-за сложности, связанной с необходимостью учитывать, что решения принимаются людьми в условиях боевых действий. Несмотря на трудности, моделирование СУ часто применяют в отношении высших армейских единиц: т.е. батальонов, дивизий и выше. Данное исследование расширяет область применения моделирования СУ до малых армейских подразделений – пехотных рот. Предшествующие исследования, выполненные в отношении моделирования для этой военной единицы – пехотной роты, в сущности, являются абстрактными, или же описывают подробную поведенческую модель без СУ. Разработанная модель со встроенной СУ позволяет определять ключевые задачи управления ротой. Аналитическая часть работы основана на агент-ориентированном моделировании и виртуальных экспериментальных условиях. Общая модель включает в себя её детали: отдельные (частные) модели и поведенческие модели солдат (имитирование образа действия солдат). Результаты аналитической части исследования позволили определить ключевые задачи систем управления для командиров пехотных рот в разнообразных военных условиях.
Тактические военные решения - это комплексный процесс, который требует размышления о расстановке своих и вражеских военных сил, боевых условиях и окружающей обстановке, а также о задачах военных манёвров в ограниченных временных рамках. Модель системы управления (МСУ) учитывает всё это для облегчения принятия тактических военных решений. МСУ позволяет командирам оценивать ситуацию, разрабатывать потенциальные военные манёвры, анализировать их, и выбрать наиболее подходящую тактику, исходя из анализа детальной информации, включающей данные о расстановке своих сил и сил противника, условий окружающей обстановки и местности, данные о погоде и препятствиях, выбор подходящего времени суток, и другие соображения, в том числе данные о гражданском населении. В дополнение, МСУ имитирует устройство военной структуры, что способствует облегчению принятия заключительного тактического решения путём распределения задач по структурным армейским подразделениям.
В современной военной системе управления, её иерархия распространяется от главнокомандующего до солдат на передовой. Однако, порой эта иерархичность и бюрократичность системы управления может не лучшим образом сказаться в ситуациях, когда необходимо быстрое принятие решения, опирающегося на большое количество данных. Например, в планировании штурма на высоте, информация о численном составе подразделений, вооружения, оборудования и т.д. должна быть динамично собрана и обработана. Для проведения успешного штурма задержка в принятии военного решения относительно единственного подразделения (например, промедление приказа о подкреплении с воздуха военной авиацией) может вызвать задержку необходимого ответа-помощи, что в конечном итоге, может являться причиной неудачной военной операции. Соответственно, нужно было выявить, как систему управления войсками сделать процессуально и организационно живучей и надёжной, и тогда разработчики сузили область исследования до командиров пехотных рот. В этом случае, даже в отсутствие у командующего большого офицерского состава, действующий (рабочий) темп и принятие военных решений на уровне роты значительно ускорится. Следовательно, МСУ - это ключ к оптимизации реального процесса военного управления. Для улучшения модели СУ разработчиками учтены также другие боевые факторы, такие как индивидуальное мастерство в стрельбе и способность преодолевать препятствия, которые в сумме, отражают военную подготовку солдат и офицеров. Это предполагает, что МСУ более важна для офицеров с небольшим военным опытом.
Экспериментальный сценарий (пример). Наступательные операции являются более рискованными, чем оборонительные, потому что атакующие должны преодолеть открытое пространство перед началом наступления, в то время как обороняющиеся воюют с хорошо укреплённых позиций. Таким образом, атакующие должны применить всё своё мастерство, следовательно МСУ должна быть протестирована с учётом подобных сложных условий.
Стандартная схема нападения на укреплённые позиции возвышенности (холмы и пр.) включает в себя следующие стадии: найти уязвимые точки в обороне неприятеля; распределить задачи подготовки, атаки и прорыва; выполнять поставленные задачи. Операция будет развиваться стремительно и запланированные задачи нужно будет корректировать в соответствии с общей ситуационной осведомлённостью офицеров. На этом этапе важный вопрос заключается в том, как рационально использовать всю информацию и определить ключевые этапы и линию действия (маршрут).
На цветном рисунке ниже изображён данный имитационный сценарий. В соответствии с аналитикой гипотетической задачи и ситуационной оценкой, командир роты: распределяет задачи между взводами и определяет маршрут движения и пробивки линии обороны противника. Когда действия разворачиваются на поле боя, командир роты продолжает оценивать общую боевую ситуацию и корректировать задачи и действия.
Для малых военных единиц, таких как рота или меньше, тактические сценарии моделируются для тренировки солдат, звеньевых, командиров взводов и рот. Имитационные сценарии используются для создания различных событий, которые позволяют командирам малых военных подразделений сталкиваться со множеством тренировочных условий. Имитационные модели оценивают ситуации, используя мозговой штурм с помощью набора компонентов (например, таких как Задача, Враг, Местность и погода, Отряд, Время, Гражданские), позволяющих создавать гибкие сценарные опции. Инструменты сценарного моделирования также используются для тренировки командиров взводов и рот в принятии тактического военного решения для улучшения их способности быстро оценивать меняющиеся условия операции и принимать соответствующие решения.
МСУ анализирует вводные данные военных операций, обрабатывает команды операционной системы и параметры, вводимые с военных объектов. Далее МСУ выносит решение, основанное на полученной информации и выдаёт приказы нижестоящим подразделениям и военным объектам. Ранее не существовало исследований, подробно анализирующих операционное время задержки в системах управления войсками на уровне пехотных рот, хотя СУ должны работать в стрессовых условиях спешки.
Общая структура имитационной системы управления включает в себя следующие части модели: - командир роты; - три командира взводов, на которых возложены задачи штурма, прорыва и огневой поддержки; - стрелки Синих и Красных (два противоборствующих лагеря); - миномётные орудия Синих. На рисунке-схеме ниже показана структура модели. Структура Синих более сложная, т.к. в ней заложены параметры системы управления и контроля. Модель командира роты включает дискретные модели событий (DEM) и режимы принятия решений BMs, формулирования приказов и запросов огневой поддержки. Взводы имеют одинаковые структуры, включающие модели для командиров взводов и солдат Синих (BlueSoldier). Модель командира взвода (PlatoonLeader) также включает функции принятия решений. Модели солдат состоят из их поведенческих моделей (имитирование образа действия солдат) и дискретных моделей событий DEM для режимов движения (Move), обнаружения (Detector) и стрельбы (Fire). Модель движения также имеет режимы движения и прорыва.
В дополнение к нормативам, установленным для армии США, использовалась калибровка данных на модели JANUS, которая широко применяется в боевых имитациях. Величины, создаваемые в JANUS: скорость движения; вероятное количество человеческих потерь вследствие поражения автоматическими винтовками и миномётными орудиями; изменение скорости движения и возможное число человеческих потерь в гористой местности. Также использовались нормативы, применяемые в армии Кореи для определения некоторых значений имитационных экспериментов, как например, вероятное количество потерь и время задержки для преодоления препятствий. Так как главным предметом исследования в этой работе является анализ реальной эффективности СУ в боевых условиях и время задержки операционной системы, разработчики вычисляли время, необходимое системе, для принятия решений и выдачи соответствующих команд.
На рисунке-схеме ниже показаны связи структурных единиц модели пехотной роты в бою, которая состоит из двух взаимосвязанных частей - моделей Синих и Красных. Противоборствующие стороны отстреливаются и данные об этом сохраняются в системе, причём моделируются последовательность и оценка разрывов по дальности и направлению.
Примеры расчётов. Допустим, что GP - это множество географических отметок в границах военной операции, тогда обнаружение уязвимого места (gpv) включает расположение такой точки в укреплённой обороне противника. Самая уязвимая точка - это самая высокая точка возвышенности (mx,y в координатах x, y), которая может обеспечить защиту и укрытие во время подготовки атаки, пока она имеет минимальные значения уровня преодоления препятствий (ox,y в координатах x, y) и уровня вражеской угрозы (tx,y в координатах x,y), как показано в уравнении
gpv=argmaxx,y∈GPobs(mx,y − ox,y − tx,y)
где GPobs - это множество географических отметок в границах зоны препятствия
Командир роты, рапределяющий боевые задачи, опирается на силу взводов. Как правило, сильнейший взвод берёт на себя задачу прорыва, в то время как самый слабый обеспечивает огневое прикрытие. Определение готовности к прорыву (gparp) и огневой поддержки (gpfsp) включает обнаружение подходящих условий, таких как полная завершённость подготовки взводов и обеспечение достаточного укрытия,
gparp = argmaxx,y ∈ GP(mx,y − tx,y)
gpfsp = argmaxx,y ∈ GP(mx,y − tx,y)
как d(x,y)obj ∈ [fre,1,000 m], где d(x,y)obj – это расстояние от координат x,y до цели, и fre – это поражающая дистанция стрельбы для винтовок
gpfsp = argmaxx,y ∈ GP(mx,y − tx,y)
как d(x,y)obj ∈ [fre,frm] и d(x,y)gparp ∈ [frm,d(x,y)boundary], где frm - это максимально возможная дистанция стрельбы из винтовок, а d(x,y)gparp и d(x,y)boundary – это расстояние от координат x,y до позиции готовности к атаке и границы военной операции, соответственно.
Главная задача командиров взводов – найти такой маршрут движения, чтобы не быть обнаруженными противником. Командиры взводов направляют группу солдат для обхода позиций и обнаружения нужного маршрута. В уравнении ниже описан данный процесс как передвижение до следующей точки обнаружения (gpnext)
gpnext=argmaxx,y∈GP(mx,y − tx,y)
как x ∈ [cx − 1,cx + 1] и y∈[cy − 1, cy+1], где cx и cy – это текущие координаты местонахождения x и y.
Наконец, миномётчики Синих, которые также представлены в имитационной модели пехотной роты в бою (см. рис.-схему выше), стреляют по команде командира роты. Режим миномётного обстрела также выражается кодами в системе.
Когда начинается имитационный процесс, солдаты Синих обнаруживают солдат Красных и препятствия во время передвижения. Солдаты Синих преодолевают препятствия и обстрелы противника. Они сообщают своему командиру взвода всё, что ими было обнаружено. Все поведенческие схемы (имитирование образа действия солдат) имеют свою кодировку в системе. Поскольку Красные по сценарию занимают оборонительную позицию, то в моделях их солдат заложен режим наблюдения и отслеживания расстояния между ними и Синими, и стрельбы в солдат Синих при их обнаружении в зоне попадания. Алгоритмы обнаружения и стрельбы Красных такие же, как в модели у Синих.
Гипотезы имитационных сценариев. Исследователи разработали боевые сценарии для выявления того, как боевая эффективность (результативность) зависит от параметров системы управления (СУ). Они ввели следующие независимые переменные: время приказа, вероятное количество потерь, время прорыва. Далее исследователи разделили время приказа, поступившего от командира роты или взвода, на пять видов: время, необходимое командиру роты для принятия решения (DTCO); время, необходимое командиру роты, чтобы отдать приказ (OTCO); время ожидания после запроса огневой поддержки (FRT); время, необходимое командирам взводов для принятия решения (DTPL); время ожидания приказа и время, необходимое командирам взводов для направления отчёта (ORTPL). А также уровень подготовки бойцов, отражённый в вероятном количестве поражённых (PH) и время, необходимое для преодоления препятствий (BT). Использовался коэффициент потерь сторон (LER) как показатель работоспособности (боеспособности). Разработчики описали гипотезы: - анализа важности подробных задач в СУ; - исследования возможных связей между подробными задачами в СУ и уровнем подготовки бойцов; - проверки синергического эффекта (эффект согласованного взаимодействия частей системы) между временем, необходимым командирам рот и взводов для принятия решений, и вероятном количестве потерь, который является типичным фактором, демонстрирующем уровень подготовки солдат. Для проверки гипотез использовались методы мета-моделирования с моделью линейной регрессии, дисперсионного анализа (ANOVA) и одностороннего критерия.
Результаты. Используя АОМ и множество виртуальных экспериментов, разработчики создали имитационную модель военной операции для уровня пехотных рот, имитирующую различные условия военных операций для уровня пехотной роты, со встроенной системой управления, а также проанализировали её эффективность в боевых условиях и вычислили время операционных задержек, необходимое системе для сбора и анализа данных, принятия военно-тактического решения и выдачи соответствующих команд-приказов. Результаты обеспечивают более глубокое проникновение в суть работы систем управления (СУ), доказывая, что СУ являются совершенно необходимыми в части тренировки выработки тактических решений для офицеров с небольшим боевым опытом. Также были проверены устойчивость экспериментальных факторов, относящихся к СУ, и взаимодействия между этими факторами и уровнем подготовки бойцов. Однако, результаты не должны быть интерпретированы как безупречная аналитическая работа, и некоторые исследованные факторы могут оказаться более важными в реальном бою. Эти допущения происходят по причине ограниченного количества моделируемых параметров военной операции и ограниченных границ структурного исследования военной армейской иерархии.
В целом же, результаты виртуальных экспериментов показывают важность подробного анализа СУ для малочисленных эшелонов на передовой линии. Строевые учения - не единственный метод улучшения тактико-технической подготовки подобных военных частей и подразделений, хотя в действующей практике придаётся особое значение регулярным строевым тренировкам. Результаты данного исследования выявляют, что важные задачи в СУ меняются в соответствии с уровнем подготовки бойцов, развитием боевой операции, характером поставленной цели. Следовательно, командирам следует тренироваться на основе подобных аналитических результатов, а не только неизменных стандартных данных, которые не учитывают перемен в боевой обстановке.
Исследование проводилось при поддержке Агентства Оборонразработок, контракт UD140022PD, Корея.
Перевод с англ.яз. Агеевой А. Ф. Статья опубликована в «Journal of Artificial Societies and Social Simulation», 18 (4) 10.