Имитационная система моделирования боевых действий. Программные продукты и системы Архитектура HLA

Компьютерная симуляция боевых действий не только помогает экономить на учениях и тренировать солдат, но имеет и вполне мирные прикладные применения.

Современная война - штука высокотехнологичная. Под завязку напичканные электроникой, нынешние средства разрушения всего и вся подчиняются нажатию оператором кнопки, а зачастую и самостоятельно принимают решения, куда лучше лететь, плыть или ехать, чтобы добраться быстрее и поразить цель с точностью до нескольких сантиметров.

Впрочем, и солдаты - живая сила театра военных действий - не обделены достижениями науки и техники. Постоянная связь с товарищами, прекрасное ночное видение, стрелковое оружие, которое показывает, куда воин попадёт, нажав на спусковой крючок, высокотехнологичная броня и носимые компьютерные системы - такой организм в камуфляже вполне можно назвать кибернетическим.

Технологии в военной сфере - дело весьма прибыльное. Достаточно посмотреть на размах и суммы сделок на международных ярмарках вооружений, например лондонской DSEI (Defence Systems and Equipment International). Именно на таких форумах военно-промышленный комплекс стран-участников доказывает налогоплательщикам, что он важен и нужен, внося в государственный бюджет ощутимую лепту. Конечно, нынешним военным промышленникам значительно сложнее оправдывать своё существование, чем, например, пятьдесят лет назад, когда граждане, запуганные термином "холодная война", совершенно не возражали против постоянной эскалации вооружений.

В нынешних условиях и производство оружия, и его применение требуют весомых оправданий. Высокие технологии, улучшающие средства смертоубийства, стоят недёшево, и при неправильном планировании военной операции или в безграмотных руках их неэффективное использование легко может привести к печальному исходу, к тому же - весьма разорительному. Речь не обязательно идёт о падении дорогостоящих истребителей и взрывах на подводных лодках. Простой пример: учения танковой бригады, при планировании которых командование руководствовалось тактико-техническими характеристиками танков из инструкции по их эксплуатации, не учитывая особенностей местности, погоды и других важных факторов. Вычитав в инструкции о среднем расстоянии, которое танк проходит на одной заправке, командиры расставляют полевые заправочные станции аккурат через эти промежутки. Танки же, не побоявшись грязи и прочих неурядиц местности, "съедают" горючее значительно раньше и дружно, всей бригадой, останавливаются вдалеке от ближайшего заправщика, сведя на нет замысел всей операции. И ладно бы от этого пострадали только стратегия и тактика. Неудачно завершившиеся учения влетели в копеечку, не реализовав основной идеи - отработать необходимые манёвры, провести сплочение экипажей, поднять боевой дух служивых, наконец.

А если эту ситуацию распространить на крупные учения с участием различных родов войск? Помните кино из семидесятых "В зоне особого внимания "? А если в учениях или боевых операциях принимают участие вооружённые силы различных стран, входящие в единую коалицию? Ну и, наконец, что, если подобные происшествия происходят не на учениях и не в реальном бою, а, например, в ходе ликвидации последствий стихийных бедствий, где армия всегда играет важную роль?

В реальности, будь то учения, война или спасательная операция, подобные фатальные просчёты просто недопустимы. Чтобы их не было, можно учиться обходить грабли в мире виртуальном. Конечно, до Матрицы нынешним симуляторам пока далеко, но кое-чему можно научиться и без досконального копирования местности.

Именно для этих целей и разрабатываются современные моделирующие комплексы военного назначения, объединяющие в себе разнообразные модели, реальную технику и участников виртуальных учений.

SIMNET. Первая попытка

Своим появлением военные системы распределённого моделирования обязаны политической и экономической ситуации, сложившейся после того, как ослабли морозы холодной войны, и убедить обывателей в необходимости выделения заоблачных бюджетов на гонку вооружений и проведение постоянных военных манёвров стало сложнее.

Особенно сложно эту ситуацию восприняло военное ведомство США. Привыкшие жить на широкую ногу вояки столкнулись с проблемой организации и проведения масштабных учений и планирования военных операций. Любая мало-мальски крупная тренировка подразделений разных родов войск, разбросанных по всему миру, требовала от объединённого командования неимоверных координационных и финансовых усилий. От щедрот бюджета, выделяемого на военные игрища в годы гонки вооружений, остались одни воспоминания. А между тем всё более сложная в освоении техника и всё усложняющийся характер ведения боевых действий совершенно не снижали требований к количеству и размаху учений.

При этом создание моделей вооружений и моделирование стратегии и тактики ведения боевых операций вовсе не было экзотикой. Тренажёры военного назначения, имитирующие модели реальных средств ведения боя, активно разрабатывались как производителями оружия, так и лабораториями оборонного ведомства. И стоили они не меньше, а зачастую и больше образцов, которые имитировали. Например, на разработку системы имитации боевых самолётов в 1970 году Министерство обороны США затратило около тридцати пяти миллионов долларов. Танковый симулятор обошёлся чуть дешевле - восемнадцать миллионов.

Сама собой напрашивалась идея о повышении эффективности использования этих моделей, снижающей стоимость их разработки и эксплуатации. Первой её реализацией занялся капитан военно-воздушных сил США Джек Торп, предложивший в 1978 году проект масштабируемой системы на базе симуляторов полёта для подготовки пилотов. Система представляла собой управляемую компьютером базу видеоматериалов, используемых в тогдашних имитаторах полёта, которая в параллельном режиме могла использоваться множеством обучаемых. Чуть позже, в 1982 году, Торп с коллективом единомышленников из компании Perceptronics разработал тренажёр танка, обеспечивающий похожее коллективное использование. Его особенностью было применение только зарождающейся компьютерной графики, накладываемой поверх традиционного для тогдашних систем видеоряда.

Успехи проектов Торпа и их однозначная экономическая выгода сподвигли в 1983 году военное исследовательское агентство DARPA к развитию этих разработок. Кроме команды Торпа к исследования были привлечены компании Delta Graphics и BBN Technologies .

Усилиями специалистов этих компаний к середине 1985 года была разработана концепция и прототип сети SIMNET - многопользовательской распределённой моделирующей системы, обеспечивающей отработку боевых ситуаций в реальном масштабе времени. В составе SIMNET в едином модельном пространстве работали симуляторы танков, самолётов и вертолётов. И именно благодаря SIMNET появился термин "виртуальное поле боя" (virtual battlefield). Совместная работа множества моделей в сети SIMNET базировалась на концепции dead reckoning, позаимствованной у систем навигации. Согласно этой концепции текущее положение каждого объекта внутри виртуального поля боя рассчитывалось исходя из его предыдущей позиции, вектора движения и скорости. SIMNET объединяла в своём составе десятки компьютеров с подключёнными к ним сотнями терминалов для обучаемых.

Первое сражение внутри SIMNET состоялось в 1987 году. На виртуальном полигоне размером пятьдесят на пятьдесят километров, имитирующем реальную местность, были развёрнуты полномасштабные учения с применением танков M1 Abrams и боевых машин пехоты M2/M3 Bradley. Дополнительно имитировалась артиллерийская и воздушная поддержка противоборствующих сторон. Виртуальные учения проводились на разных уровнях командования - до взвода включительно.

Танковые симуляторы сети SIMNET были развёрнуты на базе знаменитого форта Нокс.

Успешная реализация симуляции развёрнутых боевых операций в рамках SIMNET доказала эффективность идеологии распределённого моделирования. Военное ведомство США начало активное финансирование проекта, что вскоре принесло свои плоды.

В рамках SIMNET компания BBN Technologies разработала протокол взаимодействия распределённых моделей, позволяющий им согласованно взаимодействовать в виртуальной боевой обстановке. Позже эта разработка легла в основу IEEE стандарта DIS (Distributed Interactive Simulation - распределённая интерактивная симуляция), который стал применяться не только в военных имитационных играх, но и в мирных областях, использующих распределённое моделирование, в частности в космических программах.

Современный тренировочный центр морских пехотинцев на базе сети SIMNET

Ещё одним важным побочным эффектом разработки SIMNET стал ни много ни мало интернет. Точнее, его прародительница - компьютерная сеть с пакетной коммутацией. Её разработка была стимулирована в том числе и необходимостью создания высокоскоростной сети надёжного обмена данными между компьютерами, участвующими в работе SIMNET.

Архитектура HLA. Единый фундамент виртуальных полигонов

Эффективность систем распределённого моделирования, доказанная сетью SIMNET, стимулировала дальнейшее развитие этого направления имитационного моделирования.

Тем более что в нём всё больше стали нуждаться не только военные, но и разработчики авиалайнеров для гражданской авиации и авиакомпании, их эксплуатирующие, крупные транспортные терминалы, бесперебойная работа в которых основана на чётком взаимодействии людей и механизмов, департаменты логистики транснациональных корпораций, космические агентства, обкатывающие местные и международные программы пилотируемых полётов и межпланетных миссий автоматических станций.

Как это частенько случается с активно развиваемой областью человеческой деятельности, в определённый момент сумма технологий в области распределённого моделирования перевалила за критическую массу. Множество заинтересованных в подобного рода системах компаний и ведомств накопили мощную базу моделей.

Протокол DIS, разработанный преимущественно для военных моделирующих систем, потребовал существенной переработки. Её результатом стала архитектура, описывающая принципы организации любых систем распределённого моделирования. Её инвариантный характер отражается в названии HLA (High Level Architecture) - высокоуровневая архитектура.

В основе идеологии HLA лежит принцип объединения множества объектов, участвующих в процессе распределённого моделирования, в динамически формируемую сущность, именуемую федерация (federation). Соответственно входящие в состав федерации объекты называются федератами (federate). И федераты, и образованная из них федерация - понятия логические. Федератами могут быть как компьютерные тренажёрные системы, так и реальная техника и люди, автоматизированные командные системы классов C3I и C4I, системы поддержки штабных операций и даже легионы войск, сгенерированных компьютером.

Особым классом федератов являются системы формирования виртуального пространства, демонстрирующие всем участникам федерации единую территорию, на которой они взаимодействуют, особенности времён года, времени суток и даже погодных условий.

Механизмом взаимодействия федератов в архитектуре HLA является инфраструктура реального времени RTI (Real-Time Infrastructure) - набор сервисов, поддерживающих в едином модельном времени координацию федератов и обмен данными между ними.

Так, например, если федерат - это имитационная модель истребителя, то RTI обеспечивает передачу значений, характеризующих высоту, скорость и траекторию его полёта остальным участникам федерации. В случае необходимости передаётся ещё и его аудиовизуальный образ и тактико-технические характеристики. В результате командующий учениями наблюдает перемещение этого истребителя на общей карте боевой операции, новобранец, находящийся в танковом тренажёре, видит, как над ним проносится самолёт, а диспетчер виртуального аэродрома имеет возможность вести переговоры с пилотом, заводя его на посадку.

Степень детализации действительности на виртуальных полигонах зависит от полноты федерации и возможностей технических средств, которые её поддерживают. Порой достаточно просто указывать координаты сил и средств, ведущих имитационный бой, а иногда требуется показать, что попадание снаряда в какое-нибудь здание приводит к его разрушению и соответственно меняет ландшафт местности.

Как и все протоколы высокого уровня, архитектура HLA не накладывает каких-либо ограничений на реализацию федератов и RTI. Правильнее назвать её набором рекомендаций по форматам данных, которыми могут обмениваться федераты, и правилам их взаимодействия в разных условиях. Соблюдая и то и другое, любой разработчик может создавать как модели, которые можно использовать в разнообразных моделирующих комплексах, так и собственные варианты инфраструктуры RTI. В настоящее время известно более двух десятков реализаций RTI, среди которых есть и коммерческие образцы , и из мира open source.

Независимость HLA от её конкретной реализации стандартизована. Институт инженеров по электронике и электротехнике (IEEE) разработал и утвердил серию стандартов IEEE 1516 , описывающих архитектурные принципы HLA и рекомендации по разработке конкретных систем на её основе.

Благодаря такой стандартизации появилась возможность не только организовать сложные виртуальные учения, в которых принимают участие модельные средства военных ведомств стран, входящих в разные коалиции, но и реализовать многократное использование зачастую дорогостоящего модельного ресурса, арендуя его в рамках динамически сформированной федерации.

HLA несовместима со своим предшественником - протоколом DIS. Но это не значит, что моделирующие системы, построенные на базе этих технологий, не могут взаимодействовать между собой. Существует масса программных шлюзов, через которые виртуальный снаряд, выпущенный из танка на DIS-полигоне, поразит цель на поле боя HLA.

Computer Generated Forces. Атака клонов

Хорошо, если федератом в HLA-битве является конкретный тренажёр или модель тактической операции. Но что делать, если объектом, участвующим в виртуальном бою, является целое войсковое подразделение? Особенно если это подразделение противоборствующей стороны. Ну не приглашать же, в самом деле, для имитации общевойсковой бригады... целую бригаду!

Конечно, нет. У разработчиков распределённых систем моделирования для этих целей имеются генераторы армий - CGF (Computer Generated Forces). Путём несложного конфигурирования на выходе такого генератора появляется виртуальное воинское подразделение нужного рода войск нужной страны. И все его характеристики, включая вооружение и другие ресурсы, а также принципы ведения боя, будут в той или иной степени соответствовать характеристикам реальных взводов, батальонов и полков.

Любители многопользовательских стратегий не найдут в идеологии CGF ничего нового. Они ежедневно клепают в рамках своих игровых миров легионы юнитов, объединяют их в армии, а игрового искусственного интеллекта вполне хватает для того, чтобы войска сражались с противником без участия игрока.

На самом деле между военными компьютерными войсками и игровыми юнитами много общего. И за тех и за других сегодня "думают" продвинутые нейросетевые алгоритмы. Просто в CGF обязаны точно имитировать поведение реальных боевых подразделений. Конечно, полностью заменить живого человека, управляющего пусть и компьютерным, но всё же подразделением, не может никакой искусственный интеллект.

Именно поэтому даже современные CGF-войска имеют в своём составе "джойстик". Управляемые оператором воинские подразделения именуются полуавтоматическими - SAF (Semi-Automated Forces). Обычно такие подразделения делаются в виде модулей (ModSAF - Modular SAF) и позволяют, как и в ходе реальной мобилизации, из более мелких виртуальных подразделений комплектовать целые армии. Разработкой систем ModSAF занимаются как ведущие разработчики вооружений , так и разнообразные исследовательские центры, выполняющие оборонные заказы.

Можно сказать, что, выпуская войска ModSAF, они реализуют призывную компанию в виртуальные армии, готовые пойти в атаку по мановению руки их вождя-оператора.

Русские биты в Матрице виртуальных боёв

Как выглядит современная система распределённого моделирования военного назначения? Сегодня это сложная клиент-серверная структура, поддерживающая стандарты DIS и IEEE 1516. Её высокоскоростные каналы связывают между собой: серверы, содержащие модели виртуальных полигонов, боевой техники и тактических операций; сеть сенсоров, устанавливаемых на реальном вооружении и в реальном масштабе времени транслирующих данные с полигонов реальных; рабочие станции операторов CGF-войск, командования штабов и имитаторов систем и служб, поддерживающих проведение кибернетической операции.

Пример развитой системы распределённого моделирования для отработки боевых авиамиссий

Имея в своём распоряжении подобную структуру, любое оборонное ведомство может спланировать и "обкатать в Матрице" замысел предстоящей реальной операции. При этом её участники будут максимально погружены в условия обстановки, с которой им предстоит столкнуться, применяя как имитационные модели, так и настоящую боевую технику. Более того, многократно разыгрывая различные сценарии ведения боевых действий, можно уяснить сильные и слабые места самого замысла, попутно вырабатывая у личного состава необходимые навыки.

Такие учения обойдутся налогоплательщикам значительно дешевле традиционных манёвров. И если вы думаете, что подобные цифровые чудеса доступны только зарубежным военным ведомствам, то вы глубоко ошибаетесь.

За отечественными примерами далеко ходить не нужно. СКМ - Система конструктивного моделирования, разработанная специалистами "НПО РусБИТех ", предназначена для создания виртуального боевого пространства, в котором можно планировать и выполнять моделирование отдельных и совместных боевых операций разных родов войск.

Разработанная в соответствии с идеологией HLA и на основе стандартов IEEE 1516, система СКМ базируется на собственном варианте инфраструктуры RTI, называемом RRTI (Russian RTI).

В её рамках решаются задачи генерации компьютерных сил противоборствующих сторон, планирование и постановка для них боевых задач, включение в состав виртуального боя реальных образцов автоматизированных систем управления военного назначения, полигонного оборудования и тренажёров конкретных образцов военной техники.

Из перечня задач, которые решает Система конструктивного моделирования, видно, что она относится к развитым системам распределённого моделирования военного назначения.

Включение в состав СКМ тренажёрного оборудования на порядок повышает эффективность его использования. Ведь благодаря множеству моделей, входящих в состав СКМ, а также интеграции с данными настоящей боевой обстановки обучаемый на тренажёре погружается в виртуальное боевое пространство, где он сталкивается с другими участниками операции. Такой подход позволяет реализовать дуэльные ситуации, в которых и закрепляется навык владения вооружением.

И если для солдат СКМ - продвинутый вариант многопользовательской игры, до деталей имитирующей реальную обстановку, то для их командиров эта система - отличный инструмент планирования боевой операции. Ведь в состав СКМ входят средства организации работы должностных лиц в ходе проведения учений различного уровня и автоматизации планирования боевых действий.

Система СКМ вовсе не воздушный замок. Все её компоненты уже готовы и прошли многократную обкатку. В следующем году на базе СКМ в Нижегородской области планируется развёртывание Центра подготовки сухопутных войск России, способного работать с подразделениями до общевойсковой бригады включительно. А благодаря открытой архитектуре HLA в дальнейшем подобные центры из других военных округов могут быть взаимоувязаны с ним.

И это не мечты, а тенденция, в которой виртуальная боевая обстановка приходит на помощь в освоении сложной военной техники и правил ведения боя, помогает смоделировать любую ситуацию и подготовить солдат и командиров к эффективным действиям в реальной обстановке.

В головах военных ученых, в близких к ним кругах и даже среди старших офицеров живет мечта создать модель, а еще лучше моделирующий комплекс, который выдавал бы командиру оптимальные варианты применения сил и средств в конкретной операции. Попытаемся разобраться, насколько это осуществимо.

Бравурные надежды

Такие модели и комплексы создаются по заказам военного ведомства с целью практического применения командующими и штабами в процессе разработки операций объединений различного уровня и назначения. Кажется, все просто: вводишь исходные данные, нажимаешь на кнопку и получаешь результат – несколько вариантов решения задачи, выбираешь лучший из них и начинаешь подготовку к проведению операции. Нет сомнений в правильности выбора, бессонных ночей при продумывании замысла. Есть уверенность в понимании намерений противника, боевом духе своих войск и т. п. Бесчувственная, неутомимая, быстрая и точная машина все продумает за вас и подскажет, что, как и в какой момент делать. Однако много лет волны научной мысли бьются о стену желания, но реальных достижений в этой области нет и объективно быть не может, поскольку мыслительный процесс человека автоматизировать невозможно, и все приведенное выше является химерой – нереализуемой идеей.

Некоторые источники говорят о том, что первыми боевые действия начали моделировать в Пентагоне еще в далекие 80-е. Прагматичный мозг американского вояки устал от напряженной работы в ходе принятия решения, подготовки и планирования действий группировок войск в многочисленных районах своих жизненно важных интересов, где мировой жандарм, как раньше справедливо называли США представители прогрессивных кругов человечества, вел военные действия. И тогда на помощь жандарму пришла неутомимая электронно-вычислительная техника. По заказам военных стали разрабатываться разнообразные математические модели, в том числе для действий воинских формирований различного уровня и назначения. Все планируемые операции моделировались и только после этого принимались решения об их подготовке и проведении. Об этом много писали в научной и научно-популярной литературе.

Отечественным специалистам, занимающимся разработками в данной сфере, дали понять, как далеко продвинулись американские коллеги в области автоматизации интеллектуальной деятельности командующих вооруженными силами США. И наши, что всегда было характерно для некоторых отечественных искателей нового и передового, глядя на преуспевающий Запад, спохватились. Военные ученые да и просто ученые не могли смириться с отставанием от передовой мысли. «Мы тоже знаем, за какой конец ружье держать», – сказали они и принялись за дело. Заинтересованные научно-исследовательские учреждения создавали все новые и новые модели различных операций и демонстрировали свое творчество военным. Последние, проявляя интерес к работе в этом направлении, как представляется, до конца не разобрались в практической пользе компьютерных операций. Но дабы не прослыть людьми, далекими от понимания сущности прогресса и преимуществ его применения, не стали рубить сплеча, а внимали плодам неутомимой деятельности тружеников виртуальной нивы. Не стоит сбрасывать со счетов и популярность модного направления среди руководства и ученого военного мира.

Научно-исследовательские учреждения внесли свой посильный вклад в решение сложной, практически невыполнимой задачи. Однако многочисленные разработки в этой области оказались не востребованы в жизни, а использовались в основном для демонстраций военным руководителям различного уровня.

Тяжкие сомнения

Так почему же разработанные модели не находят применения в практической деятельности командующих и органов военного управления? Ответ простой: у понимающих суть проблемы специалистов есть большие сомнения относительно способности компьютерного разума обеспечить полководцев надежными, заслуживающими доверия результатами.

Возникает вопрос: такой итог разработки – объективная, не зависящая от их создателей реальность или неспособность наших программистов создать модели, полностью отражающие имитируемые процессы? Попытаемся разобраться.

Любая войсковая операция является практическим воплощением военного искусства командующего, который единолично вырабатывает замысел и принимает решение. Ее подготовка и проведение включают множество сложных и многогранных процессов, в значительной степени описываемых с требуемой точностью при помощи соответствующих алгоритмов и средств математического обеспечения. При этом учитывается большое количество исходных данных, влияющих на результат моделирования. Часть из них с необходимой точностью может быть задана количественно, например боевой состав, уровень его подготовки, вооружение, техническая оснащенность противоборствующих сторон, физико-географические и метеорологические условия, а также многое другое. Однако некоторые вводные невозможно описать количественно по объективным причинам. Такие данные характеризуют субъективную, творческую деятельность человека. К ним относятся военное искусство командующих, уровень тактической подготовки командиров, морально-психологическое состояние личного состава и так далее. Соответственно при моделировании операций могут учитываться только формальные данные.

Грустные реалии

В системе моделирования боевых действий ВС США JWARS (Joint Warfare System), предназначенной для проведения операций объединенными группировками войск, имитируется деятельность воинских формирований различного назначения. В ней глубоко проработаны вопросы создания трехмерного виртуального пространства, учета погодных условий и особенностей рельефа местности, тылового обеспечения, создания системы информационных потоков, а также поддержки принятия решений.

Это должно повысить качество оперативного планирования и применения вооруженных сил, оценки боевых возможностей воинских формирований и разработки концептуальных документов строительства ВС. Процесс принятия решений основан на базе знаний по тактическим нормативам, а также предпочтениях лиц, принимающих решения. Американцами учитываются формальные данные, перечень которых изложен выше, но, по имеющимся сведениям, они могут принимать во внимание и морально-психологическое состояние войск, достоверность чего весьма сомнительна, ибо оно может значительно изменяться в ходе операции.

Конечно, на бумаге получается гладко, особенно когда очень хочется. Но на практике результаты действий группировок ВС США и ОВС НАТО в Ираке, Афганистане, Югославии (особенно) были весьма далеки от того, что выдавало моделирование. Так, операцию Североатлантического альянса на Балканах планировалось закончить в течение трех дней, но военное искусство командования югославской армии, боевое мастерство и стойкость ее личного состава сорвали планы агрессоров, и на достижение поставленных целей натовцам понадобилось почти три месяца. Потому что при моделировании не были решены проблемы неформальных данных, существенно влияющих на достоверность оценки исхода операции. В алгоритмы моделирования закладывались шаблонные решения, пусть даже самые разнообразные, но стандартные, определенные заранее и не реализующие интеллектуальную, творческую работу человека с учетом его нравственности и психологии.

Современные события на Украине также демонстрируют тупость американских лекал, по которым ведутся боевые действия. Действительно, по результатам моделирования штатовских советников численно превосходящая карательная группировка ВСУ, имеющая все виды вооружения, должна была в течение месяца одержать победу над уступающим ей в личном составе и вооружении, но крепким духом и более сильным нравственно народным ополчением ДНР и ЛНР. Но этого не произошло по изложенной выше причине. Вот вам и практическое применение моделирования операций…

Осмысленные выводы

Каковы же наши достижения в рассматриваемой области? Известные модели операций, созданные отечественными разработчиками, по сути очень похожи на зарубежные аналоги и также не учитывают неформальные исходные данные, которыми являются военное искусство полководцев, тактическая подготовка командиров и морально-психологическое состояние личного состава противоборствующих сторон. А эти факторы могут быть определяющими, о чем свидетельствуют многочисленные исторические примеры проведенных сражений.

Выработка замысла операции является творческим процессом, который свойствен только человеку, обладающему интеллектом, интуицией, способностью к нестандартным решениям. Как говорил наш выдающийся полководец Александр Васильевич Суворов: «Удивил – победил». Это значит, что только тот, кто воюет не по шаблону, имеет высокий боевой дух, силен нравственно, всегда одерживает победу над противником.

Суворов провел 63 сражения и ни одного не проиграл. Если разработанные им замыслы операций смоделировать, то, например, под Рымником или Фокшанами согласно расчетным данным турки одержали бы победу, имея огромный численный перевес. Итальянский поход Суворова тоже закончился бы неудачно. Но гениальный полководец в условиях, крайне неблагоприятных для подчиненных войск, всегда одерживал победу над противником независимо от его численного превосходства и преимущества в занимаемом положении. Потому что имел талант, воспитывал у подчиненных высокую нравственность и умел поддерживать высочайший воинский дух.

Никакая модель не может заменить командующего или рассчитать ему варианты решения, из которых следует выбрать наиболее приемлемый. Попытаемся это пояснить. Допустим, что модель способна выработать замысел операции и представить варианты решения для выбора. При определении лучшего командующий должен оценить каждый из них. На это уйдет значительно больше времени, чем при выработке замысла лично. Ведь сколько вариантов, столько и оценок. На это будет тратиться дополнительное время.

Если командующий принимает предлагаемый вариант решения без оценки, он юридически, по требованиям руководящих документов, отвечая за решение, фактически его не определяет, а использует машинную подсказку, полученную с помощью формальных процедур, заложенных в алгоритмы модели, не учитывающие «иррациональных» данных, описанных выше. Но нет таких командующих, которые будут опираться на «оперативное искусство» разработчика модели, а не применять свое военное искусство, полководческий талант, тактическое мастерство подчиненных командиров, воинское умение и боевой дух личного состава.

Существующие модели операций никогда не проверялись на достоверность и надежность. Этого не требовали военные, не проводили подобные эксперименты и сами разработчики. С этой целью никто из них не моделировал проведенные ранее операции, итог которых известен, например битвы Великой Отечественной войны или сражения русской армии в другие периоды истории, чтобы сравнить компьютерный результат с известным исходом. Модели также не проверялись и по операциям, проведенным группировками войск ВС США и ОВС НАТО в Ираке, Афганистане или Югославии. Причина проста – результат будет неудовлетворительным для разработчиков, машинные данные не совпадут с реальными. Если это заключение ошибочно, то можно провести эксперимент с изложенными выше целями и доказать достоверность и надежность разработанных моделей.

Таким образом, компьютер может лишь ограниченно, с допустимой погрешностью отражать ту часть обстановки, которая зависит только от формальных исходных данных, задаваемых количественно. А то, что предопределяется волей и воинским искусством военачальников, морально-психологическим состоянием личного состава, уровнем тактической подготовки командиров и не может быть подсчитано, ни одна модель не учитывает и учесть не может.

Так есть ли необходимость в моделировании операций, в каких случаях его целесообразно применять? Следует полагать, что оно полезно только тогда, когда его результаты не станут аргументами для оправдания действий военачальников, ведущих к негативным последствиям для подчиненных войск (сил). Почему бы в таком случае не сослаться на рекомендации моделирующего комплекса? В реальной обстановке это недопустимо. Но при решении учебных задач в военных вузах, на мероприятиях оперативной подготовки, в частности при проведении командно-штабных учений, тренировок и т. п., а также для исследовательской работы может быть весьма полезно.

МОДЕЛИРОВАНИЕ БОЕВЫХ ДЕЙСТВИЙ - ме-тод во-енно-тео-ре-тического или во-енно-тех-нического ис-сле-до-ва-ния объ-ек-тов (сис-тем, яв-ле-ний, со-бы-тий, про-цес-сов), уча-ст-вую-щих (про-ис-хо-дя-щих) в хо-де бое-вых дей-ст-вий, пу-тём соз-да-ния и изу-че-ния их мо-де-лей (ана-ло-гов) в це-лях по-лу-че-ния зна-ний о фи-зических, ин-фор-мационных и иных про-цес-сах воо-руженной борь-бы, а так-же для срав-не-ния ва-ри-ан-тов ре-ше-ний ко-ман-дую-щих (ко-ман-ди-ров), пла-нов и про-гно-зов ве-де-ния бое-вых дей-ст-вий, оцен-ки влия-ния на них различных фак-то-ров.

В за-ви-си-мо-сти от це-лей соз-да-ния и пред-на-зна-че-ния мо-де-ли моделирования боевых действий под-раз-де-ля-ют на ис-сле-до-ва-тель-ское, управ-ленческое, штаб-ное (административное), обу-чаю-щее (учеб-ное). По мас-шта-бу моделирование боевых действий бы-ва-ет стра-те-ги-че-ским, опе-ра-тив-ным и так-ти-че-ским. По при-ро-де ис-поль-зуе-мых мо-де-лей и сфе-ре их при-ме-не-ния раз-ли-ча-ют моделирование боевых действий ма-те-ри-аль-ное (пред-мет-ное) и иде-аль-ное.

Ма-те-ри-аль-ное моделирование боевых действий, как пра-ви-ло, при-ме-ня-ет-ся при ис-сле-до-ва-нии та-ких объ-ек-тов, ко-то-рые не-воз-мож-но (ли-бо очень слож-но) опи-сать ма-те-ма-ти-че-ски с дос-та-точ-ной точ-но-стью. Оно, в свою оче-редь, мо-жет быть фи-зи-че-ским, ос-но-ван-ным на по-до-бии (сход-ст-ве) фи-зической при-ро-ды про-то-ти-пов и мо-де-лей (напр., уче-ние как мо-дель для ис-сле-до-ва-ния боя), и ана-ло-го-вым, обес-пе-чи-ваю-щим сход-ст-во в опи-са-нии про-цес-сов, про-те-каю-щих в про-то-ти-пах и мо-де-лях [напр., пе-ре-да-ча элек-трических сиг-на-лов как мо-дель пе-ре-да-чи ин-фор-ма-ции в сис-те-мах управ-ле-ния вой-ска-ми (си-ла-ми) и ору-жи-ем (сред-ст-ва-ми) в хо-де бое-вых дей-ст-вий]. Од-на-ко та-кое мо-де-ли-ро-ва-ние обу-слов-ли-ва-ет зна-чительные ма-те-ри-аль-ные, фи-нан-со-вые и др. за-тра-ты.

Иде-аль-ное Моделирование боевых действий ос-но-вы-ва-ет-ся на мыс-лен-ной идеа-ли-зи-ро-ван-ной ана-ло-гии ре-аль-ных про-то-ти-пов и их мо-де-лей, а по спо-со-бу от-ра-же-ния ре-аль-ных про-то-ти-пов оно де-лит-ся на зна-ко-вое (се-мио-тическое) и ин-туи-тив-ное. Зна-ко-вое мо-де-ли-ро-ва-ние ос-но-вы-ва-ет-ся на се-мио-ти-ке (тео-рии зна-ко-вых сис-тем), и по спо-со-бу пред-став-ле-ния мо-де-лей раз-ли-ча-ют ма-те-ма-тическое (ана-ли-тич.), ал-го-рит-мическое, ло-гическое и гра-фи-ческое моделирование боевых действий.

Воз-мож-ны так-же разл. со-че-та-ния мо-де-лей, например при ло-ги-ко-ма-те-ма-тическое моделирование боевых действий. Ин-туи-тив-ное моделирование боевых действий ос-но-вы-ва-ет-ся на ис-поль-зо-ва-нии мо-де-лей с не-стро-гим, не все-гда чёт-ким сло-вес-ным (вер-баль-ным) опи-са-ни-ем про-то-ти-пов, с ги-по-те-тическим, эв-ри-стическим ха-рак-те-ром от-ра-же-ния тен-ден-ций раз-ви-тия си-туа-ций, яв-ле-ний, их взаи-мо-влия-ний, и по спо-со-бу фор-ми-ро-ва-ния ги-по-тез , эв-ри-стик раз-ли-ча-ют моделирование боевых действий, ос-но-ван-ное на ме-то-де сце-на-ри-ев, опе-рационной иг-ре и мыс-лен-ном экс-пе-ри-мен-те. Ин-туи-тив-ное моделирование боевых действий при-ме-ня-ет-ся для вы-ра-бот-ки за-мыс-ла и при-ня-тия ре-ше-ния на ве-де-ние бое-вых дей-ст-вий, обу-че-ния долж-но-ст-ных лиц ор-га-нов управ-ле-ния вой-ска-ми (си-ла-ми), про-ве-де-ния во-енно-на-учных ис-сле-до-ва-ний (ве-ри-фи-ка-ции вы-дви-гае-мых на-учных ги-по-тез, пред-ло-же-ний во-енно-тео-ре-тического и во-енно-тех-нического ха-рак-те-ра).

Мно-гие из пе-ре-чис-лен-ных форм моделирования боевых действий в прак-ти-ке во-енно-при-клад-ных ис-сле-до-ва-ний и управ-ленческо дея-тель-но-сти шта-бов ис-поль-зу-ют-ся в ви-де ими-тационных мо-де-лей. Под ими-та-ци-ей здесь по-ни-ма-ет-ся вос-про-из-ве-де-ние изу-чае-мых ре-аль-ных про-цес-сов ве-де-ния бое-вых дей-ст-вий другой сис-те-мой (др. сред-ст-ва-ми, в из-ме-нён-ном мас-шта-бе про-стран-ст-ва и вре-ме-ни), но с со-блю-де-ни-ем ана-ло-гии ме-ж-ду ре-аль-ны-ми и ими-ти-руе-мы-ми про-цес-са-ми от-но-си-тель-но су-ще-ст-вен-ных, с точ-ки зре-ния ис-сле-до-ва-те-ля, свойств этих про-цес-сов. Ими-тационные мо-де-ли реа-ли-зу-ют-ся, как пра-ви-ло, на ЭВМ.

Моделирование боевых действий наи-бо-лее ши-ро-ко при-ме-ня-ет-ся в ин-те-ре-сах обос-но-ва-ния при-ни-мае-мых ре-ше-ний в об-лас-ти управ-ле-ния вой-ска-ми (си-ла-ми) при под-го-тов-ке и ве-де-нии бое-вых дей-ст-вий, строи-тель-ст-ве во-оруженных сил, раз-ра-бот-ке про-грамм раз-ви-тия во-ору-же-ний, а так-же при оцен-ке эф-фек-тив-но-сти ис-поль-зо-ва-ния но-вых об-раз-цов ору-жия, опе-ра-тив-ной под-го-тов-ке шта-бов и др.

«Военная мысль» №5.2004г.

ВОЕННАЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Полковник А.А. ЕГОРОВ, кандидат военных наук

В МОДЕЛИРОВАНИИ, как и во всякой творческой деятельности, возможны различные концепции построения математических моделей, в том числе и те, которые характеризуются новаторскими идеями, предполагающими отступление от общепринятых принципов и правил моделирования. Это, например, попытка формализации мыслительной и психологической деятельности военачальников и военнослужащих воюющих сторон, применение ситуационного моделирования и др. Сегодня разработано большое количество математических моделей, различных по структуре и содержанию, но все они предназначены для решения практически одних и тех же задач.

Несмотря на множественность взглядов на способы моделирования, математические модели все же имеют некоторые сходные черты, которые позволяют объединять их в отдельные классы. Существующая классификация математических моделей боевых действий (операций) объединения ВВС учитывает следующие признаки: целевую направленность; способ описания функциональных связей; характер зависимостей в целевой функции и ограничениях; фактор времени; способ учета случайных факторов. Хотя эта классификация условна и относительна, она все же позволяет привести наши знания о моделировании в определенную систему, сравнить модели, а также выработать перспективные направления их развития.

Однако данная классификация моделей боевых действий (операций) не дает полного представления о методах построения моделей, предназначенных для поиска наилучших вариантов ведения боевых действий (операций) объединения ВВС, о иерархической структуре таких моделей, о полноте учета в них различного «рода» и «вида» неопределенностей, оказывающих доминирующее влияние на ход и исход моделируемых боевых действий (операций). Чтобы убедиться в этом, достаточно провести анализ существующей классификации моделей боевых действий (операций) объединения ВВС. Согласно ей в зависимости от целевой направленности математические модели боевых действий (операций) принято подразделять на «оценочные» и «оптимизационные».

В оценочных (описательных) моделях элементы замысла (решения, плана, варианта) предполагаемых действий сторон являются заданными, то есть входят в состав исходной информации. Итогом моделирования являются расчетные результаты действий сторон в боевых действиях (операциях). Такие модели чаще всего называют моделями оценки эффективности боевых действий (операций). Для них выработка рациональных способов применения сил и средств не является основной задачей.

В оптимизационных (оптимизирующих, нормативных) моделях конечная цель состоит в определении оптимальных способов ведения боевых действий (операций). Основу этих моделей составляют математические методы оптимизации. По сравнению с оценочными моделями оптимизационные представляют наибольший интерес для планирования боевых действий (операций), поскольку они позволяют не только провести количественную оценку эффективности вариантов ведения боевых действий (операций), но и осуществлять поиск наиболее эффективных вариантов для конкретной обстановки.

Так как сегодня отсутствует единый метод оптимизации, позволяющий учесть весь спектр причинно-следственных связей боевых действий (операций) объединения ВВС, существующие модели поиска наилучших вариантов применения войск (сил) структурно представляют собой комбинацию различных математических методов оптимизации. Особенность построения таких комбинированных моделей состоит в том, что задача моделирования боевых действий расчленяется на ряд подзадач, каждая из которых решается давно апробированным классическим методом оптимизации. Например, подзадачи распределения авиационных ударных средств по объектам поражения и подзадачи распределения средств ПВО по воздушным целям решаются с использованием методов нелинейного программирования, а подзадачи построения маршрутов полета к объектам поражения методом динамического программирования.

Однако сочетание в модели методов оптимизации не позволяет достичь основной цели моделирования боевых действий (операций) определить наилучший способ применения войск (сил), поскольку такой подход не дает возможности в полной мере учитывать глубокую взаимосвязь процессов, характеризующих ход вооруженного противоборства. Это обусловлено тем, что данные подзадачи имеют различные условия решения. Например, подзадача распределения ударных авиационных средств по наземным целям решается отдельно от подзадачи определения оптимального (рационального) способа прорыва ПВО. Вместе с тем это взаимосвязанные вопросы, поскольку от степени прорыва ПВО противника зависит величина потерь в ходе боевого вылета нашей ударной авиации, которая как раз и подлежит распределению по объектам авиационного удара.

Чтобы обеспечить комплексную оптимизацию действий войск (сил) в каждом эпизоде моделируемых боевых действий (операций), предложен новый метод построения моделей метод субоптимизации. Он предусматривает поиск рациональных способов ведения боевых действий (операций) «сверху вниз» последовательно на каждом из уровней управления, но в рамках общего замысла боевых действий (операций). Неоспоримым достоинством субоптимизации является то, что на каждом уровне управления более детально выявляются факторы и условия боевых действий соединений и частей и выбираются наиболее разумные способы их действий.

Таким образом, учитывая потребность командующих и штабов объединений ВВС в эффективном обеспечении поиска рациональных вариантов ведения боевых действий (операций), необходимо ввести новую классификацию оптимизационных моделей боевых действий (операций) объединения ВВС, которая предусматривает разделение моделей на комбинированные и субоптимизационные. Это может помочь пользователям значительно расширить представление об особенностях построения и функционирования моделей, предназначенных для поиска рациональных способов ведения боевых действий (операций).

Иерархичность принятия решения на боевые действия (операцию) не может не найти отражения при построении математических моделей боевых действий (операций) объединения ВВС, поскольку парадигмой построения моделей является максимальное отражение моделируемой действительности.

Однако парадигму моделирования разработчики существующих моделей оперативного уровня понимают односторонне, а именно: модели строят только методом детального воспроизведения воздушных, противовоздушных боев, составляющих основное содержание боевых действий (операций). При этом не уделяется должного внимания детальному воспроизведению иерархической сущности принятия решений на всех уровнях управления, что предоставляет командирам соединений и частей возможность проявлять разумную инициативу, но в рамках общего замысла боевых действий (операций) объединения.

Модели прямого воспроизведения только лишь воздушных и противовоздушных боев можно отнести к разряду одноуровневых моделей. Но поскольку в рамках тактического уровня («на поле» тактического уровня) решаются задачи и оперативного уровня, математическая модель становится громоздкой и неудобной для практического использования. Применение таких моделей сопряжено, во-первых, с необходимостью подготовки большого объема исходных данных, во-вторых, со снижением оперативности непосредственного моделирования боевых действий (операций) и, в-третьих, со сложностью восприятия полученных результатов моделирования.

Структура многоуровневых математических моделей боевых действий (операций) представляет собой целостную систему функционально взаимосвязанных подмоделей (агрегатов) различного уровня, которые взаимосвязаны не только горизонтальными отношениями между собой, но и отношениями подчиненности. Композиционный подход в многоуровневых моделях можно рассматривать как один из перспективных путей их совершенствования с сохранением требуемой степени детализации моделирования боевых действий (операций). Система подмоделей различного уровня управления создает благоприятные условия для моделирования боевых действий (операций) при параллельном или комбинированном методах планирования боевых действий. Оперативность планирования повышается в основном за счет подмоделей тактического уровня. Подготовка исходных данных, моделирование и трактовка его результатов на подмоделях тактического звена осуществляются параллельно соответствующими командирами и их штабами.

Предлагаемый подход к построению математических моделей боевых действий (операций) объединения ВВС, предусматривающий применение метода детального воспроизведения иерархической сущности принятия решений на боевые действия (операцию), позволил ввести еще один признак классификации математических моделей по иерархической структуре. Согласно этому признаку математические модели могут классифицироваться на одноуровневые и многоуровневые.

В существующей классификации математических моделей боевых действий (операций) важное место занимает классификация по способу описания функциональных связей между параметрами (процессов функционирования элементов системы). В соответствии с этим признаком математические модели подразделяются на аналитические и имитационные.

В аналитических моделях процессы функционирования элементов системы описываются в виде некоторых функциональных соотношений или логических условий. Наиболее полно исследование процесса можно провести, если известны явные зависимости, связывающие выходные характеристики с начальными условиями и входными переменными системы. Однако такие зависимости удается получить только для сравнительно простых моделей или при весьма жестких ограничениях, накладываемых на условия моделирования, что является неприемлемым для моделирования боевых действий (операций) объединения ВВС.

Аналитические модели в зависимости от вида применяемых в них аналитических зависимостей (целевая функция и ограничения) принято классифицировать на линейные и нелинейные. Если целевая функция и ограничения линейные, то модель называют линейной. В противном случае модель нелинейная. Например, модели, в основе которых лежит метод линейного программирования, являются линейными, а в моделях, построенных на основе методов максимального элемента или динамического программирования, целевая функция и (или) ограничения нелинейны.

В имитационных моделях имитируются (копируются) элементарные явления (бои, авиационные удары, специальные боевые полеты), составляющие основное содержание боевых действий (операций) с сохранением их логической структуры и последовательности протекания (во времени), что позволяет в определенные моменты времени оценить их характеристики. Имитационные модели позволяют достаточно просто учитывать такие факторы, как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характеристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и др. В настоящее время имитационное моделирование наиболее эффективный и часто единственно доступный метод исследования таких сложных систем, как боевые действия (операции) объединения ВВС.

В зависимости от учета фактора времени модели боевых действий (операций) подразделяются на статические, динамические, непрерывные и дискретные.

Статические модели служат для описания боевых действий (операций) в какой-либо момент времени. Они отражают определенный «временной срез» боевых действий (операций). Поэтому статические модели применяются для исследования наиболее важных этапов боевых действий (операций). Как правило, это начальный этап, от исхода которого в значительной степени зависят дальнейший ход событий и конечный результат операции.

Динамические модели описывают боевые действия (операцию) в развитии. Это позволяет выявлять тенденции развития боевых действий (операций), факторы и взаимосвязи, которые, на первый взгляд, не оказывают существенного влияния на моделируемый процесс, но могут стать важным предметом рассмотрения. Тенденция развития динамических моделей боевых действий (операций) явно направлена на усиление их роли в исследовании способов применения войск (сил) сторон. Благодаря способности отражать преемственность между отдельными эпизодами боевых действий (операций) динамические модели нашли достойное применение для решения задач долгосрочного планирования и прогнозирования применения войск (сил).

Математические модели боевых действий (операций) с непрерывным временем моделирования характеризуются тем, что их переменные и выходные параметры изменяются непрерывно, без скачков и последовательно принимают все возможные вещественные значения на всем временном интервале. В непрерывных моделях для нахождения промежуточных значений используют интерполяцию. Так как она предусматривает нахождение промежуточных значений функции, то в основе модели должен лежать аналитический метод, обеспечивающий функциональную зависимость исходных и конечных величин. Аналитические методы наименее подходят для описания всей совокупности факторов боевых действий (операций) объединения ВВС, поэтому непрерывные модели не нашли широкого применения для поиска способов применения войск (сил).

Довольно большое распространение в моделировании боевых действий (операций) объединений ВВС получили дискретные модели. Главное достоинство последних состоит в том, что для их построения необязательно иметь аналитическую зависимость между входными и выходными величинами и можно использовать имитационный метод моделирования.

В дискретных моделях все процессы (входные и внутренние) отличаются скачкообразной, резко выраженной сменой конечного числа состояний: входных, выходных и внутренних. Продвигаясь в дискретной модели боевых действий (операций) последовательно от эпизода к эпизоду с заданным временным шагом моделирования, командующий и его штаб получают комплексное, системное представление о процессах, происходящих в ходе боевых действий (операций). Величина шага моделирования варьируется и может выбираться исходя из требуемой глубины моделирования отдельных эпизодов. Если необходимо глубже изучить тот или иной момент операции, величина шага уменьшается.

На развитие и исход боевых действий (операций) объединения ВВС влияет большое число факторов, имеющих в основном вероятностную природу. В зависимости от способа учета случайных факторов математические модели боевых действий (операций) принято классифицировать на детерминированные, стохастические (вероятностные) и комбинированные.

Однако данная классификация требует важного уточнения, касающегося стохастических (вероятностных) математических моделей боевых действий (операций). Название класса «стохастические (вероятностные) модели» не дает полного представления о способах учета в моделях других «видов» и «родов» неопределенностей. Чтобы уточнить классификацию математических моделей боевых действий (операций) по способу учета случайных факторов, рассмотрим подробно компоненты этого класса.

Характерной особенностью детерминированных моделей боевых действий (операций) является то, что для данной совокупности входных значений модели всегда получается единственный результат. Каждый выбранный командующим объединения ВВС способ применения войск (сил) приводит к строго определенным последствиям, поскольку в ходе моделирования пренебрегают случайными, заранее непредвиденными воздействиями.

Детерминированные модели можно рассматривать как сознательное упрощение реальной действительности, носящей на самом деле неопределенный характер. До того времени, когда в штабах стали применять мощные вычислительные средства, детерминированные модели были основным инструментом оценки эффективности боевых действий (операций). Вся стохастическая неопределенность «пряталась» в исходные данные, в частности в величины вероятностей поражения воздушных целей, наземных объектов, вследствие чего вероятностная задача становилась детерминированной и решалась обычными математическими методами.

Чтобы не усложнять учет неопределенностей, обусловленных слабо предсказуемыми действиями противника, в детерминированных моделях исследовались наиболее вероятные (как правило, типовые), по мнению военных экспертов, варианты применения противником своих войск (сил). Поэтому детерминированные модели можно считать лишь одним из этапов научного изучения вооруженного противоборства.

Наиболее перспективным классом моделей являются недетерминированные модели, поскольку по сравнению с детерминированными позволяют исследовать большее количество возможных вариантов действий противника в ходе ведения боевых действий (операций) объединения ВВС. Необходимо подчеркнуть, что именно недетерминированные, а не стохастические (вероятностные) модели, как это принято в практике моделирования боевых действий (операций). Данное уточнение является очень важным. Прежняя классификация моделей боевых действий (операций), по сути дела, игнорирует наличие другого типа неопределенностей нестохастических (реальных). К этому типу неопределенности относят неопределенность природы, то есть внешней среды, неопределенность целей (степень соответствия желаемого результата реальным возможностям), неопределенность действий противника.

Нестохастические неопределенности вооруженного противоборства, особенно неопределенности действий противника, играют чуть ли не решающую роль в моделировании боевых действий (операций). Столкновение воюющих сторон, преследующих противоположные цели, оказывает существенное влияние на сценарий развития боевых действий (операций). Для каждого такого сценария командующий и его штаб и выбирают рациональный способ применения своих войск (сил). В какой-то степени нестохастическая неопределенность является первичной по отношению к другому роду неопределенности стохастической, поскольку сторонами могут быть выбраны такие варианты действий, которые снижают количество случайных элементарных событий.

В недетерминированных моделях реалистичнее по сравнению с детерминированными моделями отражается комплексное влияние на ход и исход боевых действий (операций) нестохастических и стохастических неопределенностей. Влияние этих неопределенностей в недетерминированных моделях оценивается с учетом наиболее существенных факторов, обусловливающих проявление этих неопределенностей. Так, для учета нестохастической неопределенности предусматривается, что противник практически не ограничен в выборе вариантов способов применения своих войск (сил). Для исследования стохастических неопределенностей случайные процессы, связанные с поражением (обнаружением, радиоэлектронным подавлением) воздушных целей, наземных объектов, воспроизводятся с учетом конструктивных ошибок средств поражения (обнаружения), дальности до цели и ее ракурса, возможности выполнения воздушной целью противоракетного маневра, маскировки наземных объектов поражения, электромагнитной обстановки и т.д.

По способу учета случайных факторов кроме детерминированных и недетерминированных моделей следует выделить класс комбинированных моделей. В них используются приемы учета неопределенностей, характерные как для детерминированных, так и недетерминированных моделей. Среди комбинированных моделей можно выделить те, в которых наиболее глубоко исследуется влияние на результат моделирования боевых действий (операций) стохастической неопределенности, либо наоборот оцениваются слабо предсказуемые действия противника, а вероятностная природа элементарных событий поражения (обнаружения) воздушных целей, наземных объектов учитывается в исходных данных в соответствующих величинах исходных вероятностей.

С точки зрения учета нестохастических неопределенностей математические модели можно классифицировать на модели, построенные на методах теории игр, и ситуационные (военные игры). Их принципиальное отличие состоит в одном важном ограничении, а именно предположении в моделях теории игр полной («идеальной») разумности противника. Расчет на разумного противника лишь одна из возможных позиций в конфликте, но в теории игр именно она кладется в основу. В реальном конфликте зачастую выбор рационального способа применения войск (сил) состоит в том, чтобы угадать слабые стороны противника и своевременно воспользоваться ими.

Именно поэтому наибольшую популярность приобретают ситуационные модели (военные игры). Как и в реальных боевых действиях (операций), в ситуационных моделях предусматривается, что в их ход в любой момент может вмешаться человеческий фактор. Причем игроки обеих сторон практически не ограничены в выборе стратегии своего поведения. Каждый из них, выбирая свой очередной ход, может в зависимости от сложившейся обстановки и в ответ на предпринятые оппонентом шаги принимать то или другое решение. Затем он приводит в действие математическую модель, которая показывает, какое ожидается изменение обстановки в ответ на это решение и к каким последствиям оно приведет спустя некоторое время. Последствиями могут быть возможное количество потерь сторон, количество подавленных постановщиками помех средств ПВО, ударных средств, пунктов управления и связи и т.д. Следующее «текущее решение» принимается уже с учетом реальной новой обстановки. В результате рациональное решение выбирается после многократного повторения такой процедуры.

Важной особенностью игровых и ситуационных моделей является стремление глубоко рассмотреть все возможные виды действий и противодействий, выявить и изучить возможные варианты применения войск (сил) под воздействием противника.

В зависимости от количества сторон, участвующих в моделировании боевых действий (операций), нестохастические модели можно подразделить на двусторонние («парные») и многосторонние («множественные»), сочетаний и типов которых существует множество, включая модели, связанные с участием большого количества игроков и многих посредников. Участниками «множественных» моделей могут быть не только непосредственные противники, но и представители войск (сил), взаимодействующих с объединением ВВС, посредники и т.д. В качестве посредников могут выступать независимые военные эксперты, имеющие возможность вмешиваться в необходимых случаях в ход моделирования боевых действий (операций).

С точки зрения учета стохастической (вероятностной) неопределенности математические модели боевых действий (операций) можно подразделить на вероятностные и статистические. Мотивацией такой классификации является различие задач математической статистики и теории вероятностей.

Задачи математической статистики в известной мере являются обратными по отношению к задачам теории вероятностей (несмотря на то что она основана на понятиях и методах теории вероятностей). В теории вероятностей считаются заданными вероятностные характеристики случайных событий поражения (обнаружения, радиоэлектронного подавления) воздушных целей, наземных объектов. По заданным характеристикам рассчитываются эффективности боевых действий (операций), например: математическое ожидание числа сохраненных объектов, математическое ожидание числа пораженных воздушных целей и т.д.

В математической статистике исходят из того, что вероятностная модель не задана (или задана не полностью), а в результате машинного эксперимента стали известны реализации случайных событий. На основе этих данных математическая статистика подбирает подходящую вероятностную модель для получения вывода о рассматриваемых явлениях, связанных с поражением (обнаружением, подавлением) воздушных целей, наземных объектов.

На ранних этапах математического моделирования, в том числе моделирования боевых действий (операций), вероятностный подход являлся наиболее популярным методом учета стохастической неопределенности. Это обусловлено тем, что объем вычислений статистических методов по сравнению с вероятностными методами чрезмерно велик. Для получения обоснованных результатов моделирования с помощью статистических методов требуются быстродействующие ЭВМ.

По мере развития вычислительной техники статистические методы получают все большее применение для учета стохастической неопределенностей боевых действий (операций). Статистика вычислительного эксперимента по поражению (обнаружению) воздушных целей, наземных объектов, полученная в ходе моделирования боевых действий (операций), содержит в себе информацию об условиях проведения эксперимента: конструктивные ошибки средств поражения (обнаружения); дальность до цели и ее ракурс; возможность выполнения воздушной целью противоракетного маневра; маскировка наземных объектов поражения; электромагнитная обстановка. В вероятностных моделях вероятностные характеристики случайных явлений поражения (обнаружения, подавления) воздушных целей, наземных объектов должны быть заданы заранее, что является затруднительным, поскольку невозможно достаточно точно спрогнозировать те условия обстановки, в которых будет осуществляться поражение (обнаружение) воздушных целей, наземных объектов.

Таким образом, можно привести уточненную классификацию математических моделей боевых действий (операций) объединения ВВС**, которая может быть осуществлена по следующим признакам (табл.):

целевой направленности; способу построения оптимизационных моделей; иерархической структуре; способу описания функциональных связей; характеру зависимостей в целевой функции и ограничениях; учету фактора времени; способу учета случайных факторов; учету нестохастических неопределенностей; количеству участвующих в моделировании сторон; учету стохастических неопределенностей. В таблице новые и уточненные классы математических моделей выделены жирным шрифтом.

Основной направленностью уточненной классификации является установление четких границ между моделями боевых действий (операций), а главное выявление тенденций развития математического моделирования таких сложных систем, какими являются модели боевых действий (операций) объединения ВВС. В результате классификации установлено, что основными тенденциями математического моделирования боевых действий (операций) являются: во-первых, разработка субоптимизированных математических моделей, предназначенных для поиска оптимальных вариантов ведения боевых действий (операций) объединения ВВС; во-вторых, разукрупнение крупномасштабной задачи моделирования боевых действий (операций) за счет применения метода детального воспроизведения иерархической сущности принятия решений на боевые действия (операцию); в-третьих, создание класса моделей, в которых корректно учитывается воздействие как стохастических неопределенностей, связанных с поражением (обнаружением) воздушных целей, наземных объектов, так и нестохастических, обусловленных трудно предсказуемыми действиями противника.

Математическое моделирование и оценка эффективности боевых действий Войск ПВО. Тверь: ВА ПВО, 1995. С. 105; Военная мысль. 1989. № 2. С. 38; Военная мысль. 1987. № 7. С. 34.

К числу методов оптимизации относятся аналитические методы (метод Лагранжа, уравнения Ланчестера), итерационные (методы линейного, нелинейного, динамического программирования), неитерационные (методы случайного поиска, многофакторного анализа), а также методы последовательной оптимизации (ситуационный метод, методы покоординатного поиска и наискорейшего спуска).

Военная мысль. 2003. № 10. С. 24.

Военная мысль. 2003. № 10. С. 23-24.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

Военная историческая библиотека

Главная Энциклопедия Словари Подробнее

Моделирование в военном деле

Метод военно-теоретического или военно-технического исследования объекта (явления, процесса, системы) путем создания и изучения его аналога (модели) способного замещать изучаемый объект в процессе исследования с целью получения информации о реальной системе. По сравнению с реальной системой (прототипом) модель может иметь совершенно иную природу. Между реальной системой и ее моделью должно быть установлено определенное соответствие (аналогия) по тем признакам (факторам, свойствам), которые в той или иной мере должны быть обязательно учтены для достижения цели исследования. Выявленные в процессе М. свойства и особенности поведения модели переносятся с использованием метода аналогий на реальный (моделируемый) объект. Степень соответствия модели тому фрагменту реальной действительности, для изучения которой формируется модель, называется адекватностью модели. Неадекватная модель не способна замещать прототип (оригинал) в процессе исследования, т.к. в этом случае нарушается логическая основа М. - возможность переноса информации об одних объектах на другие, т.е. возможность формирования умозаключения по аналогии. М. - основная методологическая концепция познания и практического овладения реальной действительностью в военном деле и является в определенном смысле обобщением метода аналогий. Различают материальное (предметное) и идеальное М.

При материальном М. в качестве модели предполагается использование некоторого материального предмета. По природе аналогии материальное М. делят на физическое (макетирование, обеспечивающее аналогию физической природы оригинала и модели) и аналоговое (обеспечивающее сходство процессов, протекающих в оригинале и модели). Идеальное М. основывается на мысленной идеализированной аналогии реального объекта и его модели, а по способу отражения реального объекта (или по глубине формализации) делится на знаковое и интуитивное М. По способу представления знаковых моделей различают математическое, логическое (логико-математическое) и графическое М.

Математическое М. предполагает использование математической модели, под которой понимают систему математических соотношений, зависимостей (обычно в форме математических уравнений и ограничивающих условий), описывающую с определенных сторон исследуемый объект и замещающую его в процессе познания. По вычислимости различных показателей, отношений и т.п. методы математического М. делятся на аналитические и алгоритмические.

Интуитивное М. проводится на вербальном (описательном) уровне. При этом методе ограничиваются лишь анализом качественных обобщенных понятий, отражающих общие тенденции развития явлений. Многие из перечисленных форм и способов М. используется в форме имитационного М., при котором в качестве аналога изучаемого фрагмента реальной действительности применяется модель имитационная.

Имитационное М. представляет собой процесс конструирования модели имитационной сложной реальной системы и постановки эксперимента на этой модели с целью либо понять поведение системы, либо оценить (в рамках соответствующих ограничений) различные стратегии (способы действий), обеспечивающие функционирование данной системы. Имитационное М., является методом исследования направленным на описание поведения системы; выдвижение предположений и гипотез, которые могут объяснить наблюдаемое поведение системы; использование этих гипотез для предсказания будущего поведения. Этот метод М. является одним из самых действенных инструментов исследования сложных систем, управление которыми связано с принятием решений в условиях неопределенности. При имитационном М. процессы функционирования системы-оригинала подменяются процессами, имитируемыми другой системой (моделью), но с соблюдением основных правил (режимов, алгоритмов) функционирования оригинала. В процессе имитации фиксируются определенные события и состояния или измеряются выходные воздействия, по которым вычисляются характеристики качества функционирования системы. С помощью моделей, имитирующих реальность, исследователь проводит серии специально организованных вариантных расчетов («прогоны» модели) и получает те знания, без которых выбрать альтернативный вариант своей стратегии он не может. Имитационное М. издавна используются в военном деле. Военные игры (маневры, учения, командно-штабные учения и т.д.), проводятся для проигрывания (имитации) предстоящих операций и относятся к имитационному моделированию. Так в РВСН при проведении командно-штабных военных игр широко используются штабные математические модели и другие, отражающие связь эффективности боевых действий с факторами ее определяющими. В связи с бурным развитием вычислительной техники широкое распространение получили военные игры с использованием ЭВМ. Имитационное исследование, проводимое с использованием имитационных моделей, является основной формой системного анализа эффективности боевых действий. События при имитации разворачиваются во времени, как правило, в том порядке, в каком они следуют в реальной системе, но в измененной временной шкале. Действие случайных факторов учитывается с помощью специальных датчиков случайных чисел (имитаторов). В определенном месте процесс имитации может быть приостановлен для проведения, например, операционной военной игры, экспертного опроса или натурного эксперимента с использованием промежуточных данных, полученных при машинной имитации. Результаты игры, экспертизы или эксперимента могут быть использованы для продолжения имитации процесса на ЭВМ.

К настоящему времени наиболее распространено М. процессов вооруженной борьбы (боя, удара, сражения, операции и т.п.) с целью обоснования принимаемых решений в области управления войсками и оружием при подготовке и ведении боевых действий, строительстве вооруженных сил, разработке программ развития вооружений, оперативной подготовке штабов и т.д. При изучении боевых действий Ракетных войск стратегического назначения метод М. является практически единственным методом познания и выработки военно-технических решений. К настоящему времени создан большой класс моделей одиночных, групповых и массированных ударов группировок РВСН разнообразного состава в различных формах боевого применения (в ответном, ответно-встречном, упреждающем ударах), предназначенных в основном для исследования эффективности боевых действий в широком диапазоне возможных условий обстановки. Эти модели выражают связь эффективности боевых действий с различного рода факторами, её определяющими. Особое значение имеют задачи планирования ракетно-ядерных ударов (в частности, задача целераспределения), решаемые только с использованием метода М. Не менее важную роль играет М. при выборе рационального состава и структурно-функционального облика системы вооружения ВС и, в частности, РВСН. В этом направлении М. является основным методом при обосновании предложений в Государственную программу вооружения, а также при формировании государственного оборонного заказа. При создании ракетно-ядерного вооружения в период научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок метод М. можно назвать ведущим, особенно на стадии, так называемого, внешнего проектирования систем, а также в практике военно-экономического анализа ракетного вооружения. Исследование способов преодоления систем ПРО требует использования различных методов и приемов М. Современная теория ядерного сдерживания базируется на широком, всеохватывающем использовании разнообразных методов М.