Проблемы разработки математического и программного обеспечения для систем моделирования боевых действий подразделений, частей и соединений ПВО

«Наука и военная безопасность», №1, с., 58-61

Проблемы разработки математического и программного обеспечения для систем моделирования боевых действий подразделений, частей и соединений ПВО

Полковник В.М. БУЛОЙЧИК,

начальник кафедры информационно-вычислительных систем

Военной академии Республики Беларусь, кандидат технических наук, доцент

Основу научно обоснованного решения на управление подчиненными подразделениями и частями составляет выявление форм и механизмов действия законов и закономерностей вооруженной борьбы. Вскрытие устойчивых причинно-следственных связей между отдельными элементами обстановки, элементами принимаемого решения и возможными результатами боев составляет главное содержание системного анализа боевых действий. При этом математическое моделирование представляет собой теоретическую основу инструментальных средств системного анализа боевых действий.

Разработка моделей и моделирующих комплексов с использованием самых передовых технологий стала одной из приоритетных областей современной военной науки, в которую многие государства вкладывают значительные средства. Об этом наглядно свидетельствуют контракты, заключенные министерствами обороны некоторых стран (таблица 1) в 1997- 1998 гг. [1].

Можно отметить несколько областей, в которых моделирование имеет высокую эффективность.

разработка новых способов и форм военных действий,

поддержка принятия решений и обеспечение планирования операций (сражений);

боевая и оперативная подготовка (широкое внедрение в практику специализированных моделей, компьютерных военных игр и имитаторов ВВТ);

ретроспективный анализ боевых действий;

обоснование предложений по строительству вооруженных сил (решение задач оптимизации структуры и состава как отдельных организационно-штатных формирований, так и вооруженных сил в целом) и оснащению их новым ВВТ.

Последнее позволит сократить сроки НИОКР, сэкономить материальные и финансовые ресурсы, снизить риск при принятии решений на всех этапах разработки и приобретения вооружения

Наиболее актуальны вопросы моделирования в войсках ПВО, боевые действия которых создают условия выполнения задач в войне другим видам вооруженных сил и экономикой страны в целом.

В настоящее время математические модели боевых действий могут быть классифицированы следующим образом:

1) модели для исследования эффективности с целью количественного обоснования принимаемых решений на этапах заблаговременной и непосредственной подготовки боевых действий;

2) модели для оценки обстановки и выработки рекомендаций для принятия решений в ходе боевых действий - так называемые модели реального времени, входящие в состав автоматизированных систем боевого управления или в состав полунатурных комплексов. Такие комплексы находят широкое применение при разработке, исследованиях, испытания АСУ разных уровней.

Таблица 1

Заказчик

Тема

Стоимость

МО США

Разработка технологий моделирования воздушных сражений

333 млн. дол.

МО США

Разработка технологий стратегического прогнозирования и планирования, анализа событий, поддержки принятия глобальных решений и ситуационного моделирования

166,7 млн. дол.

МО США

Разработка программ динамического ситуационного моделирования для оценки обстановки на поле боя в реальном масштабе времени

5,9 млн. дол.

МО ФРГ

Система моделирования боя уровней бригады и батальона

6,4 млн. дол.

МО Южной Кореи

Разработка программного обеспечения для моделирования морских сражений и действий в прибрежной зоне

12 млн. дол.

В основе такого разделения лежат специфические особенности боевых действий войск ПВО, имеющийся резерв времени для принятия решений и возможности информационно-вычислительных систем, с помощью которых осуществляется моделирование. Отдельные элементы (способы математического описания подпроцессов) могут одновременно входить в состав моделей обоих классов. При этом следует ожидать, что с развитием математических, программных и аппаратных средств информационно-вычислительных систем граница между ними будет «размываться».

Накопленный опыт создания и применения математических моделей боевых действий подразделений, частей и соединений ПВО позволяет сформулировать ряд проблем. Эти проблемы проявляются в виде системы противоречий, требующих новых теоретических разработок для их адекватного раз решения (таблица 2).

Основным из них является противоречие между требованием высокой достоверности результатов моделирования и требованием оперативности. Повышение достоверности достигается за счет увеличения числа факторов, учитываемых в моделях. Но при таком увеличении усложняется модель, растет время подготовки и ввода исходных данных, увеличивается время расчетов и в итоге теряется оперативность, результаты моделирования выдаются значительно позже установленных сроков и могут стать бесполезными.

Другим является противоречие между непрерывно развивающимся объектом моделирования - взглядами на формы и способы применения войск в бою, которые меняются в связи с развитием теории и практики военного дела и с появлением новой техники, и структурой математической модели, отражающей объект моделирования лишь на момент создания модели. Часто появление новых средств ведения боя вызывает необходимость коренной перестройки модели, которая иногда требует столько же времени, сколько нужно на создание новой модели.

Третьим является противоречие между степенью детализации (точностью) отображения процессов в моделях боевых действий и неопределенностью информации о противнике, своих войсках, условиях боя. Известно, чем детальнее воспроизводится возможное развитие боя, сражения, операции, тем больше доверия вызывает такая модель и тем более точной должна быть для нее исходная информация, например о количестве, типах, траекториях СВН и т.п. Однако вероятность предсказать точные координаты даже одной траектории цели в составе удара равна нулю. Произвольное формирование целой серии детальных данных в условиях их реального отсутствия делает результаты моделирования крайне сомнительными для практического применения. Попытка решить это противоречие путем перебора возможных значений исходных параметров приводит к резкому росту времени моделирования. В итоге условия принципиальной неопределенности исходной информации приводят к парадоксальной ситуации - чем детальнее в модели воспроизводится процесс боевых действий, тем меньше оснований для доверия результатам моделирования.

Четвертое противоречие обусловлено индивидуальным, неповторимым характером каждого боя, сражения, операции, с одной стороны, и требованием формирования с помощью моделей

Таблица

Взаимосвязанные противоречия, имеющие место при разработке математических моделей боевых действий группировок ПВО

11

Между требованием высокой достоверности и оперативностью модели.

22

Между непрерывно развивающимся объектом моделирования и структурой модели.

33

Между степенью детализации (точностью) отображения процессов и неопределенностью исходной информации.

44

Между индивидуальным неповторимым характером боевых действий и требованием формирования устойчивых рекомендаций.

устойчивых, надежных рекомендаций командирам и штабам, ответственность которых увеличивается с ростом масштаба боевых действий, с другой. Разрешение этого противоречия возможно лишь в ходе военно-теоретического анализа и выявления внутренних закономерностей в неповторимых действиях, а также путем выделения перечня главных и второстепенных факторов, что, в свою очередь, является искусством и может быть реализовано в форме четких постановок задач на разработку модели различных военных действий.

Для моделей боевых действий масштаба противовоздушной операции пятым является противоречие между требованием высокой степени адекватности модели реальному процессу и практическим отсутствием моделируемого процесса, для которого создается модель, что ставит под сомнение саму возможность установления адекватности и обсуждения этого вопроса.

Для моделирования боевых действий войск ПВО характерным также является противоречие между особенностями реальных боевых действий и возможностями существующего математического аппарата, как правило, не обеспечивающего отражение этих особенностей.

Кроме названных противоречий, существует также проблема оценки качества самих моделей, требующая специального анализа.

Проведенный анализ существующих математических моделей и комплексов (наших и зарубежных) позволил установить зависимости их основных показателей эффективности - вероятности правильного и своевременного решения задач моделирования (рис. 1а), времени разработки модели (рис. 16), требуемой производительности ЭВМ (рис. 1в) - от числа непосредственно учитываемых факторов [2]. Анализ проводился для трех основных подходов к моделированию боевых действий: имитационного (кривая 1); аналитико-стохастического (кривая 2); коэффициентного (кривая 3).

При коэффициентном подходе степень влияния основных факторов оценивается значением коэффициента, полученного и зафиксированного для нескольких уровней фактора экспертным путем и не учитывающего, по предположению экспертов, их взаимосвязи. Ввиду небольшого объема простых расчетов коэффициентный метод обладает высоким быстродействием. Однако из-за высокой степени субъективности учета факторов получаемые оценки являются грубыми и не могут быть принятыми за основу при принятии ответственных решений.

Аналитический подход применяется при построении моделей для качественного анализа боевых действий в условиях наиболее высокой степени неопределенности, характерной для

Проблемы разработки математического и программного обеспечения для систем моделирования боевых действий подразделений, частей и соединений ПВО

уровня начального планирования. В силу абстрактности аналитического представления такие модели могут учитывать только часть переменных (как правило, наиболее существенных) и, описывая последнюю, зачастую могут приводить к упрощению моделируемого процесса. По этой причине «чисто» аналитические модели затруднительно применить для решения проблем, связанных с выбором непосредственных тактических способов и приемов вооруженной борьбы. Однако именно такие модели позволяют проникнуть в суть моделируемого процесса, установить основные причинно-следственные связи. Попытки уйти от абстрактности, присущей аналитической модели, учесть большее число значимых факторов и тем самым повысить адекватность модели реальному процессу неизбежно приводят к ее резкому усложнению и невозможности получения аналитического описания в рамках существующих математических методов.

В настоящее время имитационный подход широко распространен в теории и практике создания моделей в интересах моделирования боевых действий, в том числе и принятия решения. В рамках имитационного подхода имеется возможность учесть большое количество факторов. Однако, чем выше степень детализации модели, тем труднее с ее помощью получить общие функциональные зависимости, подобно тому, что «за отдельными деревьями трудно увидеть лес» По этой причине в имитационных моделях не предусматривается возможность явного представления закономерностей боевых действий в виде причинно-следственных цепочек, связывающих отдельные элементы обстановки, принимаемого решения и результаты боевых действий, так как их формирование сопряжено с конкретизацией «вклада» каждого элемента в результаты боевых действий. А это возможно лишь путем целенаправленного, всестороннего многократного экспериментирования с моделью, что требует значительных затрат времени и больших творческих усилий от пользователей модели. Существующие имитационные математические модели боевых действий - это лишь инструмент прогнозирования возможного хода и исхода боевых действий при заданных конкретных условиях (вероятность предсказания которых крайне незначительна) и вариантах решений сторон, в то время как задачей принимающего решение является определение (конструирование)некоторого множества наиболее рациональных вариантов. Именно в этом заключается одна из основных причин разрыва между главным (конечным) пользователем - командиром и применяемыми средствами автоматизации: командир лишен возможности лично проводить какие-либо эксперименты с математической моделью. Фактически он не имеет возможности самостоятельно выполнять свою функцию, что противоречит рациональному порядку принятия решения на боевые действия.

Сложившееся положение в области системного анализа боевых действий требует методологической увязки всех названных подходов в рамках единой иерархической системы моделей. Это позволит избежать возможных коллизий, связанных с проявлением неизвестных механизмов действия законов вооруженной борьбы в аналитических моделях, частным характером этих механизмов в имитационных моделях и накопленными знаниями и опытом военных специалистов.

Таблица 3

Основные способы преодоления противоречий, имеющих место при разработке математических моделей боевых действий группировок ПВО

Между требованием высокой достоверности и оперативностью модели.

Разработка новых способов математического описания и формализации процессов боевых действий. Внедрение последних достижений в области математических, программных и аппаратных средств моделирования.

Между непрерывно развивающимся объектом моделирования и структурой модели.

Оптимальная декомпозиция моделируемого процесса и построение модели на основе модульной структуры. Применение CASE технологий при проектировании модели. Применение объектно-ориентированных инструментальных средств разработки моделей.

Между степенью детализации (точностью) отображения процессов и неопределенностью исходной информации.

Рациональное обобщение исходных данных. Построение модели в виде иерархической структуры.

Между неповторимым характером боевых действий и требованием формирования устойчивых рекомендаций.

Сочетание достоинств имитационного и аналитического подходов при создании модели.

Кроме того, результаты последних достижений в области искусственного интеллекта свидетельствуют о возможности разрешения отмеченных выше противоречий. Так, применение нейросетевой технологии обработки информации, основанной на моделировании структур мозга, обеспечивает возможность эффективного решения ряда плохо формализуемых задач моделирования боевых действий в условиях неопределенности исходных данных и при ограничениях на время их решения [3]. Поэтому в состав современных АСУ необходимо вводить комплексные математические модели, адекватно отражающие реальные условия вооруженной борьбы, учитывающие закономерности функционирования сил и средств, взаимные связи между ними. Именно такие математические модели создают базу для объединения в единое целое всего многообразия разнородной информации, циркулирующей в органах управления, что позволяет представлять командованию обстановку в агрегированном, удобном для анализа виде, а моделирование различных вариантов развития событий обеспечит эффективную поддержку принятия решений. В случае же достаточно большой мощности вычислительных средств и применения нейросетевых технологий обработки информации, когда моделирование процессов противоборства протекает в несколько десятков раз быстрее их реального развития, подобные комплексные математические модели можно применять для управления войсками (силами) непосредственно в ходе выполнения ими боевых задач. При этом текущая информация об условиях, противнике, о своих войсках (силах) используется для моделирования вариантов дальнейшего развития обстановки и выбора рациональных действий, ведущих к достижению поставленных целей. Все это позволило определить основные способы преодоления выше сформулированных противоречий (таблица 3).

Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

Для создания комплексных математических моделей, предназначенных для работы в составе современной АСУ, необходима разработка более эффективных средств системного анализа боевых действий на основе объединения достоинств аналитического и имитационного подходов к моделированию боевых действий. Также необходимо широко использовать последние достижения в области искусственного интеллекта, в частности - нейросетевых технологий обработки информации.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Данилов А.И. Моделирование для информационно-аналитического обеспечения руководства вооруженных сил США //Военная мысль. 1998. -№1.- С.6 - 10.

2. Булойчик В.М. Направления совершенствования математического и программного обеспечения для систем моделирования боевых действий подразделений, частей и соединений ПВО // Проблемы повышения боеспособности частей и соединений, совершенствования устройства и эксплуатации вооружения и военной техники: Четвертая военно-научная конференция Военной академии Республики Беларусь: Сб. докл. науч. конф., Минск, 30 ноября - 1 декабря 2000 г. /Военная академия Республики Беларусь. - 2000. -С. 19 - 23.

3. Булойчик.В.М. Военно-прикладные вопросы математического моделирования. Часть 3. Моделирование с помощью нейронных сетей. Генетический метод моделирования. Военная академия Республики Беларусь. Минск, 2000. - 122 с.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации