JEL: O38, C44

Математическое моделирование военных конфликтов

Modelling of military conflicts

Прудский Михаил Владимирович

Аспирант кафедры информационных систем и математических методов в экономике, ПГНИУ.

Пермский государственный национальный исследовательский университет

Prudskiy Mikhail Vladimirovich

Post-graduate student of the chair of information systems and mathematical methods in economics, PSNRU.

Perm State National Research University

Russia, 614990, Perm,

Bukirevastreet, 15.

Phone: +7 342 239 6326

E-mail: [email protected]

[email protected]

Аннотация: Данная статья посвящена описанию военного конфликта, основанного на квадратичных законах Ланчестера на примере войны России в Сирии. Модель показывает течение конфликта в зависимости от соотношения сил, военной мощи сторон, логистики, а также других различных внешних факторов, а также показывает экономическую оценку потерь.

Annotation: This case suggests a model of describing the process of local war conflict, using Lanchester square law-based models in a base of war of Russia in Syria. The article shows the solutions of battle depending on military power, the quantity of forces, reinforcements and other external factors, and shows the economic value of losses.

Ключевые слова: сторона, армия, боевая группа, численность, затраты, потери, Ланчестер, самолеты, эффект, экономика.

Key words: side, army, battle group, number, expenses, losses, Lanchester, planes, effect, economy.

Введение

В современном мире военные конфликты по-прежнему играют ключевую роль во взаимоотношениях между государствами. И хотя эпоха глобальных мировых войн уже прошла благодаря изобретению ядерного оружия, различные менее масштабные локальные военные конфликты по-прежнему имеют место быть. Если посмотреть на политическую карту нашей планеты, то на ней всегда будут присутствовать очаги напряженности. В частности, на данный момент идут военные действия в Сирии, на юго-востоке Украины, в Йемене, Исламское государство на ближнем востоке, гражданские войны в центральной части Африки и т. д. Кроме конфликтов в активной фазе существуют также конфликты в замороженном состоянии, например, конфликт в Приднестровье, конфликт между двумя Кореями, Абхазский и Осетинский конфликты. Также существуют и так называемые «неактивные» конфликты. Это либо подавленные, либо погашенные конфликты, либо те, которые ещё не дошли до своей активной фазы. Примером может послужить конфликт центральной власти в Испании с её провинциями – Каталонией и Страной Басков.

Такое событие, как военный конфликт оказывает большое влияние на жизнь участников. От того, как разрешится конфликт будет зависеть расстановка сил в регионе, экономическая ситуация на территориях участников, характер социальной напряжённости на территориях конфликта, а также многое другое.

Часто бывает так, что конфликт затрагивает не только непосредственных участников, но также и внешние стороны. Любой военный конфликт является магнитом для людей, вооружений, денежных и прочих видов ресурсов. Возникновение конфликта порождает спрос на вооружения, боеприпасы, военную технику и др. и в тоже время большое количество людей становятся беженцами, которые перемещаются в расположенные рядом страны. Многие люди проникают через границу в зону боевых действий для участия в качестве наёмников.

Во многих ситуациях тот или иной исход военного конфликта выгоден участнику, не являющемуся непосредственной стороной конфликта. Например, ему необходима победа одного из участников, проигрыш или ослабление другого, взаимное уничтожение противников, заморозка конфликта или втягивание в конфликт третьей стороны.

Исход конфликта зависит от множества различных факторов. Некоторые из них являются внешними по отношению к военному противостоянию и не контролируются непосредственными участниками конфликта, однако могут серьёзно повлиять на исход боя. К их числу можно отнести вмешательство третьих сил, характер местности, настроения местного населения, погодные условия и прочие случайные или детерминированные факторы.

Согласно международному рейтинговому агентству Global Firepower (GFP) военная мощь государства складывается из следующих больших групп компонентов: численность армии и военно-технических средств, человеческие ресурсы, наземная техника, ВВС, ВМС, экономические, географические и прочие характеристики государства, ресурсы, логистика, финансирование, географические факторы.

Для предсказания эффектов от воздействия таких факторов существуют различные подходы к анализу и прогнозированию военных конфликтов.

Одним из таких способов являются математические модели, отражающих ход и обстоятельства протекания военного конфликта.

Предварительные сведения и объект исследования

Для описания военных действий в научной среде распространено использование подходов на основе модели Ланчестера , где для описания динамики численности воюющих сторон используются система линейных обыкновенныхдифференциальных уравнений вида:

где x – военная сила стороны X; y – военная сила стороны Y; a,b – огневая мощь их оружия.

Огневой мощью оружия, упрощённо, является количество сил противника, которое способна уничтожить единица боевых сил стороны.

Однако в данном виде модель чересчур упрощена и для придания ей большего соответствия действительности можно использовать данную систему, дополненную новыми членами: ,

Где a , b , c , d , e , f , g , h – коэффициенты, которые могут являться значениями, изменяющимися во времени или функциями. Коэффициенты a и b – по-прежнему являются выражением истребительного качества оружия сторон. Коэффициенты c и e – интенсивность потерь от атак по площади (атака артиллерии и бомбардировки). Коэффициенты d и f – небоевые или технологические потери. Коэффициенты h и g – ввод или вывод войск в резерв .

В модели Ланчестера используется упрощение, что в армиях сторон существуют только однородные единицы.

Согласно рейтингу Global Firepower (GFP) основой военной мощи многих развитых государств, входящих в первую десятку рейтинга являются военно-воздушные силы. Именно их применение играет решающую роль в локальных конфликтах по всему миру, которые происходят с участием этих государств. Авиаудары составляют основу тактики армии США , и России в процессе борьбы с Исламским государством. Данный конфликт является асимметричным (в связи с различной информацией, которую получают стороны, а также различными типами и характером вооружений) .

Многие зарубежные исследователи посвящают свои работы военным конфликтам на Ближнем востоке , в связи постоянной активностью жителей этого региона. В частности, в решается задача противостояния регулярной армии и повстанческих формирований в Сирии. Однако целью множества иностранных интервенций является именно уничтожение противника с помощи авиаударов без участия наземных вооружённых сил.

Сложность использования авиации в военных столкновениях заключается в необходимости координировать удары различных авиационных групп в борьбе с ПВО противника.

Модель бомбардировок объектов противника

Для моделирования динамики проведения операции нанесения авиаударов с целью подавления средств сопротивления автором была создана динамическая модель армейского боя с помощью средств MS Excel, которая иллюстрирует атаку на ПВО противника и её экономические последствия. Моделирование проведено для определения динамики изменения численностей нападающих и обороняющейся группировок в зависимости от различных погодных условий.

Боевая задача атакующих групп сводится к уничтожению сопротивления группы, обороняющей стратегический объект. В сражении участвуютдве стороны – обороняющаяся (Y) и атакующая (X). К обеим сторонам в процессе сражения подходят подкрепления, увеличивающие численности сражающихся сторон. На прибытие подкрепления требуются затраты времени и ресурсов, которые зависят от местности, на которой происходит сражение, от степени её покрытия дорожными путями, их качества, уровня транспортной обеспеченности и прочих факторов.

В модели используются три параметра: расстояние до сражения; скорость, с которой подкрепления добираются до места сражения;затраты на перемещение боевой единицы в пространстве.

Также на скорость прибытия подкреплений могут влиять и внешние факторы, например, в случае воздушного боя авиационным частям для прибытия на поле боя не важны виды и характер дорог, присутствующих на местности. Однако им важна скорость и направление ветра.

С учетом вышеперечисленных особенностей функция прибытия подкрепления для авиационной группы будет иметь вид:

где X 2 – численность второй авиационной группы, S – расстояние до боя, U x – скорость самолёта, U w – скорость ветра и μ – угол направления ветра.

На истребительную способность оружия боевых единиц влияют многие факторы. Кроме технологических параметров, оцениваемых экспертно, на боевую мощь влияют характер местности, погодные условия, температура, давление, длительность пребывания в бою, освещенность мест боевых действий.

Предположим, что в результате предварительного экспертного анализа начальные качества оружия участников боя установлены на уровнях a 0 и b 0 соответственно. Однако качество оружия сторон является величиной, убывающей с течением времени из-за морального и физического истощения участников боя, в своём пределе приближаясь к значению 0.

Данная зависимость подчиняется следующему закону:

,

где a 0 – качество оружия участника в начальный момент времени, γ и δ – коэффициенты, определяющие интенсивность истощения войск.

Согласно допущениям, присутствующим в модели Чейза – Осипова –Ланчестера все самолёты атакующей стороны являются однородным между собой.

Обороняющие единицы ПВО (например, зенитные установки) также одинаковы между собой, но их поражающие характеристики отличаются от возможностей самолётных групп.

При проведении бомбардировок самолёты наносят удары сразу нескольким целям одновременно, поэтому в уравнении для ПВО коэффициент, отвечающий за атаку по площади отличен от нуля.

Принимается допущения об отсутствии подкреплений у обороняющейся стороны. Динамика численности сторон описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

где h подчиняется закону, определённому ранее.

После анализа сводок министерства обороны, поступающих из Сирии , об уничтожении боевых объектов боевиков были оценены параметры a 0 и e для российской авиации в Сирии. Данные о численности боевых подразделений взяты из опубликованных разведданных Пентагона , а также из пресс-релиза Министерства обороны РФ (см. Таблицу 1).

Для оценки параметров боевой мощи Российской армии в Сирии параметр боевой мощи противника был задан нулевым (атакуемые объекты не оказывали сопротивления, потерь, по крайней мере по сводкам МО нет), также отсутствовали данные о поступающих подкреплениях сторон. Оценка была проведена с учетом ограничения на целую численность войск сражающихся сторон.

Численные эксперименты

Однако если в распоряжении обороняющейся стороны окажутся средства ПВО, обладающие боевой мощью, равной хотя бы 10% мощи авиационных частей РФ, расклад сил изменится.

В таблице 1 представлены параметры сторон в начальный момент времени с учетом наличия боевой мощи у обороняющейся стороны.

Таблица Таблица 1. Характеристики сторон

Показатель	Атакующая сторона	Обороняющая сторона
Численность (самолётов / единиц техники ПВО)		819
Боевая мощь от прямых атак	0,07	0,007
Боевая мощь от атак по площади	0,0024

Параметры второй атакующей авиационной группы (подкрепления): расстояние до боя: 8000 км; базовая скорость: 1000 км/ч.; скорость ветра: 50 км/ч.; угол направления ветра: 90 градусов.

При анализе исходных параметров можно заметить, что авиационные группы технологически превосходят силы ПВО, уступая им в численности.

При данных параметрах авиационным единицам атакующей стороны придётся участвовать в боях. В случае отсутствия подкрепления её силы будут разбиты, а у противника останется 196 стратегических объектов.

Процесс моделирования показал, что для того, чтобы выиграть бой при начальных погодных условиях атакующей стороне понадобится не менее 22 авиационных единиц в качестве подкрепления. Итогом боя будет сохранение трех боеспособных единиц. При изменении погодных условий на неблагоприятные (противоположное направление ветра) число данных самолётов возрастает до 23-х, а число уцелевших к концу боя уменьшается до двух.

Таким образом, данная модель позволяет учитывать влияние на результат боевых действий таких параметров, как скорость ветра и момент прибытия подкрепления.

Авиационный налёт не является единственной областью применения данной модели – расчет доступен и для других ситуаций столкновения различных родов войск, если использовать танки, боевые корабли или мотопехотные войска, заменив характеристики самолётов характеристиками данной военной техники. для сохранения описательной функции задачи необходим учёт местности, в которой происходит сражение, насколько она замедляет или ускоряет движение подкреплений.

Экономическая оценка последствий военного конфликта

Результаты данной модели позволяют оценить экономические затраты на участие в бою. Они складываются из транспортных расходов (в случае воздушного боя это расходы топлива) и будущие расходы на возмещение уничтоженных боевых единиц. В случае благоприятных погодных условий расходы топлива атакующей стороны можно сосчитать по формуле:

где – расходы на топливо в момент времени t,

– численность самолётов атакующей стороны в момент времени t,

– удельный расход топлива в момент времени,

P – стоимость единицы топлива, у.е.,

Х подкр. – размер подкреплений до момента их вступления в бой,

– начальный момент.

Таким образом, если взять в качестве параметров удельный расход топлива самолёта МИГ-29 (0,77 л/ч) и цену авиационного керосина ТС-1 (73 р./л) с сайта группы компаний «Нектон СИА», производящих топливо, то расходы обороняющей стороны при благоприятных погодных условиях составят 59638,81рублей.

В бою атакующая сторона потеряла 79 самолётов с учетом подкрепления в 22 единицы, каждая из которых стоит 30 млн. долларов. При курсе доллара на 14.09.2015 (67, 82 рубля за доллар) расходы армии на возмещение такого количества самолётов составят 2,37 млрд. долл. (161 млрд. рублей). Оборонный бюджет РФ составляет 84,5 млрд долларов. Если бы бой с данными параметрами проходил с участием РФ, то данные потери бы обошлись ей в 2,80% оборонного бюджета (0,23% ВВП). В случае отсутствия свободных денежных средств в бюджете данные потери пришлось бы восполнять за счёт заёмных средств, что бы увеличило внешний долг на 0,23%.

Увеличение расходов на оборону на один процентный пункт приводит к увеличению ВВП в России на 0,17 процентных пунктов согласно исследованию, проведённому аналитиками Сбербанка России по методике Perotti – Corsetti , причём в кризисные годы это значение доходило до 0,31 , поскольку в течение экономического кризиса 2008-2009 годов именно увеличенные расходы на национальную экономику и оборонную промышленность позволяли поддерживать экономику, не позволяя ей упасть на дополнительные 0,9-1,0%.

Также вместе с увеличением расходов на оборонный сектор государству придётся сократить инвестиционные вливания в частный сектор, что приведёт к снижению ВВП. Согласно исследованию, проведённому сотрудниками Центра экономического моделирования и прогнозирования ЗАО «ПРОГНОЗ», также при помощи процедуры Perotti – Corsetti, ежегодное падение составит 0,387% из-за влияний подобного решения на будущие периоды.

Таким образом, потери национальной экономики от участия в конфликте совокупное составят 0,08 процентных пунктов ВВП.

Поскольку расходы государства на проведение данной военной операции составили 0,23% ВВП, это приведёт к снижению национального дохода на 0,02%.

Библиографический список 4. Начальник Главного оперативного управления российского Генштаба генерал-полковник Андрей Картаполов рассказал об оперативной обстановке в Сирии. – Министерство обороны Российской Федерации (22 октября 2015, 18:15).

5. Новиков Д.А. Методология управления. – М.: Либроком, 2011. – 128 с. (Серия «Умное управление»)

6. Новиков Д.А. Иерархические модели военных действий // Управление большими системами. – 2012. – Выпуск 37. – С. 25–62.

7. Пентагон показал снимки предположительно российских самолетов в Сирии. – Рамблер «Новости» (22 сентября 2015, 11:05).

8. Юдаева К.В. Иванова Н.С. Каменских М.В. Эффективность госрасходов в России. М.: Центр макроэкономических исследований Сбербанка России, 2011. – 18 с.

9. Atkinson M.P., Gutfraind A., Kress M. When do armed revolts succeed: lessons from Lanchester theory // Journal of the Operational Research Society. – 2012. – V. 63. – P. 1363-1373.

10. MacKay N.J. When Lanchester met Richardson, the outcome was stalemate: a parable for mathematical models of insurgency // Journal of the Operational Research Society. – 2015. – V. 66, № 2. – P. 191–201.

11. Shults D., Oshchepkov I., Prudskii M., Vlasova N., Zavialov A . Mesuaring socio-economic efficiency of investment: methods comparison // 2nd International Multidisciplinary Scientific Conference on Social Sciences and Arts SGEM2015, Book 2, Vol. 3, No. SGEM2015 Conference Proceedings,(SGEM – 2015). – 2015. – P. 553-560.

12. Taha H. Operations Research: An Introduction (9th ed.). – NY: Prentice Hall, 2011. – 813 p.

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.

2. Глава 1 «Анализ существующих подходов к проведению компьютерных командно - штабных военных игр».

3. Глава 2 «Формализация компьютерных командно - штабных военных игр».

4. Глава 3 «Методика проектирования диспетчера управления информационными процессами при проведении компьютерных командно - штабных военных игр».

5. Глава 4 «Экспериментальные исследования эффективности управления информационными процессами при проведении компьютерных командно - штабных военных игр».

Рекомендованный список диссертаций

• Педагогические основы тактической подготовки командиров и штабов частей (соединений) внутренних войск к командно-штабным учениям 1998 год, кандидат педагогических наук Мурыгин, Александр Владимирович

• Совершенствование обучения базам данных и системам управления базами данных на основе клиент-серверных технологий: На примере курса информатики общеобразовательной школы 2006 год, кандидат педагогических наук Щепакина, Татьяна Евгеньевна

• Система информационной поддержки принятия решений при управлении силами и средствами органов, исполняющих наказания, в экстремальных ситуациях 1999 год, кандидат технических наук Дуленко, Вячеслав Алексеевич

• Теория и практика развития познавательной самостоятельности курсантов военных вузов при компьютерном сопровождении учебного процесса 2004 год, доктор педагогических наук Сташкевич, Ирина Ризовна

• Совершенствование управления системой физической защиты важных государственных объектов на основе применения математических моделей 2012 год, кандидат технических наук Олейник, Александр Сергеевич

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Имитационное моделирование при проведении компьютерных командно-штабных военных игр»

Результаты анализа военных конфликтов, а также основных положений военных доктрин и взглядов военных специалистов стран НАТО на боевое применение средств воздушного нападения (СВН) обусловливают возрастание требований к должностным лицам органов управления войсковой ПВО по обеспечению надежного прикрытия войск и объектов. Одним из эффективных подходов к нетрадиционному решению задач оперативной и боевой подготовки командного состава в сложившихся условиях является использование вычислительной техники и достижений в области имитационного и математического моделирования систем и процессов управления. Анализ проводимых исследований показал, что рассмотренные подходы к реализации компьютерных форм оперативной подготовки (КФОП), разновидностью которых являются командно-штабные военные игры (КШВИ), с технической точки зрения предусматривают широкое использование вычислительных сетей на базе персональных ЭВМ.

При реализации КФОП, по сравнению с существующими АСУ войсками, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество, фактически происходит трансформация информационной топологии реальных АСУ в локальную вычислительную сеть. Кроме того, возникает необходимость моделирования по одному информационному каналу информации различных типов, под которые в реальных АСУ выделены отдельные независимые каналы. Вместе с тем, необходимо обеспечить соответствие задач, решаемых в ходе компьютерных КШВИ (ККШВИ), логике работы реальных органов управления, а также оперативность и функциональную полноту их реализации. Кроме того, специфика проведения ККШВИ определяет необходимость решения ряда дополнительных задач, связанных с реализацией функций подыгрыша и контроля действий участников игры. Эти особенности информационного обмена при проведении компьютерных КШВИ приводят к увеличению загруженности локальной сети и интенсивности потоков данных, циркулирующих в ней. В связи с этим, возникает необходимость управления указанными потоками данных с учетом логики, функциональной направленности и приоритетности решаемых в ходе игры задач, а также зависимости ценности обрабатываемой информации от времени задержки на ее обработку. При реализации компьютерных КШВИ с использованием системы имитационных моделей, изменяются типы каналов информационного обмена и сокращается их количество.

Сравнительный анализ возможностей существующих средств диспетчеризации по управлению информационным обменом применительно к задачам, решаемым при проведении компьютерных КШВИ, показал, что они не обеспечивают качественного решения указанных задач. Поэтому, возникает необходимость разработки специализированных средств управления информационными процессами, протекающими в ходе компьютерных КШВИ. В качестве такого средства предлагается использовать диспетчер управления информационными процессами (ДУИП), под которым в работе понимаетсяпрограммное средство, определяющее порядок протекания процессов в вычислительной сети в соответствии с принятыми соглашениями и ограничениями по функциональным, логическим и временным аспектам их реализации.

Существующий методический аппарат разработки средств диспетчеризации обеспечивает создание специализированных средств управления информационным обменом в вычислительных сетях, но не позволяет использовать его для разработки ДУИП. В связи с этим возникает противоречие между необходимостью разработки средств управления информационными процессами, обеспечивающих техническую реализацию ККШВИ, и технологическими возможностями существующего методического аппарата по созданию таких средств.

Учитывая данные обстоятельства, а также перспективу возможного расширения перечня решаемых в ходе ККШВИ задач, представляется актуальным решение задачи разработки комплексного методического аппарата проектирования диспетчера управления информационными процессами, обеспечивающего повышение эффективности управления ими с учетом специфики решаемых в ходе компьютерных КШВИ задач.

Объект исследований. Роль объекта исследований в диссертационной работе возложена на отработку функций ПВО в процессах командно-штабных учений (КШУ), проводимых в человеко-компьютерной среде.

Основные установки и идеи. На выбор предмета исследования и направления работы оказали влияние следующие установки:У1. Командно-штабные учения допускают их интерпретацию в виде спецефического класса военных игр, что открывает доступ к теоретическому и практическому опыту игр, в том числе и к опыту разработок развлекательных военных игр.

У2. Любую версию реализации аппаратно- программной поддержки КШУ следует строить в форме клиент-серверного приложения для локальной вычислительной сети.

Предмет исследований. Предметом исследования является специализированная аппаратно-программная оболочка, поддерживающая процессы КШВИ, в которой функции управления и оценки хода игры сосредоточены только на защитных функциях ПВО и закрыты от воздействия участников КШВИ.

Направление исследований. Направлением исследований в работе является прменение специализированного программного продукта в КШВИ в контексте имитационной модели защитных функций ПВО на "шаге игры".

Цели и задачи исследований. Основная научная цель работы связана с поиском теоретического обобщения реализации защитных функцийПВО в процессе КШВИ, управления условиями их прменения оценивания их результативности и достижения требуемых обучающих эффектов.

Основная практическая цель связана с разработкой эффективной системы диспетчирования в клиент-серверной среде, обслуживающей проведение КШВИ. Достжение отмеченных целей требует решения следующих основных задач:1. Разработать и исследовать имитационную модель КШУ, раскрывающую подготовку, исполнение и оценивание защитных функций ПВО в контексте игровой интерпретации КШУ.

2. Разработать и исследовать систему коммуникации, учитывающую структуру составного субъекта учений и ролевые функции каждого из участников учения.

3. На базе спецификаций имитационной модели КШУ разработать систему диспетчирования, обеспечивающую управление информационными потоками и их обработку на оперативно-тактическом уровне.

Метод исследований. Сущность метода исследований определена как управляемая комбинаторика методов и средств имитационного моделирования, теории и практики игр, искусственного интелекта и алгоритмизации. Научная новизна1. Предложена и исследована имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий участников учений, обеспечивающая интегрированное представление защитных функций ПВО и спецификаций аппаратно-программного комплекса, обслуживающего проведение учений.

2. Разработана и исследована система структурных функциональных и информационных спецификаций клиент-серверной реализации КШВИ, учитывающая динамику процессов, в том числе и коммуникативных, в реальном времени.

Достоверность. Теоретическая достоверность полученных результатов подтверждается формулировкой основных положений диссертации на основе достоверных знаний из области прикладной информатики, имитационного моделирования и теории игр.

Эксперементальные подтверждения достоверности получены при разработке на базе имитационной модели клиент-серверной реализации КШВИ и ее испытаний.

Практическая ценностьВ состав практических результатов, полученных в диссертационной работе входят:- системы методов и средств диспетчирования оперативно-тактических действий в процессах КШУ;- база знаний об основных действиях участников КШВИ, построенная и реализованная по образцу библиотек продукций экспертных систем;- адаптация и настройка сетевой версии вопросно-ответного процессора У/К^А к специфике информационно-коммуникативных процессов КШВИ;- система методов и средств оценивания информационных потоков в клиент-серверной реализации КШВИ.

Реализация и внедрениеДля аппаратно-программной поддержки КШВИ разработана система программных средств, в основу которых положена клиент-серверная реализация вопросно-ответного процессора \VIQA, настроенного на командно-штабную структуру коллектива пользователей." Построенная система имитационных моделей и разработанный ДУИП были внедрены в 726 учебном центре войсковой ПВО ВС РФ для проведения КШВИ с использованием локальной сети в августе 2002 года.

На защиту выносятся1. Имитационная модель КШУ с игровой интерпретацией действий как интегрированный источник спецификаций для аппаратно-программных средств поддержки КШВИ, учитывающий реалии времени учений.

2. Комплекс прграммных средств с клиент-серверной структурой, объединяющий методы и средства имитационного моделирования, теории и практики игр, экспертных систем и систем диспетчирования.

Апробация работыОсновные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на военно-научных конференциях, проводившихся в ВУ войсковой ПВО ВС РФ и его филиале в период с 2000 по 2003 год, на Всероссийских научно-технических конференциях.I)1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ПРОВЕДЕНИЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ИГРУровень оперативной подготовки руководящего состава и органов управления Вооруженных Сил России является одним из важных факторов, определяющих степень готовности Вооруженных Сил к решению поставленных перед ними задач. До настоящего времени это достигалось исключительно традиционными способами организации и проведения мероприятий оперативной подготовки.

Внедрение в систему подготовки войск компьютерных форм оперативной подготовки представляет собой закономерный этап дальнейшего развития существующих традиционных форм обучения, повышения их эффективности на базе научно-технических достижений современной компьютерной техники, новых методов математического моделирования и новых информационных технологий. В области отечественных КФОП основные наработки принадлежат специалистам 27 ЦНИИ МО РФ и ВУ ВПВО ВС РФ. В частности, введено и обосновано понятие компьютерных форм оперативной подготовки, сформулированы концепции их создания и применения. Под компьютерными формами оперативной подготовки понимаются формы подготовки командования, оперативного состава и слушателей ввузов, в основу которых должно быть положено применение автоматизированных систем моделирования боевых действий (АСМБД) и реализованные в их составе средства специального математического и программного обеспечения. Здесь важно заметить, что моделирование подразумевает исследование объекта,базирующееся на его подобии модели и включающее построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект, поэтомуавтоматизированные системы моделирования боевых действий представляют собой комплекс технических, математических, информационных и программных средств, обеспечивающих принятие решений обучаемыми и руководством на основе моделирования боевых действий противоборствующих сторон.

Техническую основу такого комплекса, как правило, составляют ПЭВМ, объединенные в локальную вычислительную сеть (ЛВС).

Область исследования будет представлять собой на основе математического моделирования разработку комплексной методики проектирования диспетчера управления информационными процессами при проведении КШВИ.

Эффективность применения КФОП определяется качественно новой организацией проводимых мероприятий на базе комплексного использования автоматизированных систем и электронно-вычислительной техники, программных и информационных средств, обеспечивающих имитационное моделирование развития боевых действий противоборствующих сторон в соответствии с принимаемыми решениями и прогноз возможных результатов их реализации в конкретно складывающейся боевой обстановке.

Принципиально важным в КФОП является то, что обучаемые принимают решения в ходе ведения операций (боевых действий) по результатам моделирования боевых действий противоборствующих сторон на фоне единой оперативно-стратегической обстановки.

В ходе КФОП обучаемые приобретают такие навыки, как умение оперативно применять средства вычислительной техники для выработки и принятия решений при управлении войсками (силами), у них формируется ясное понимание роли и возможностей вычислительной техники и средств автоматизации в совершенствовании управления войсками.

Кроме того, внедрение КФОП позволяет скрыть проведение крупномасштабных игр и общую направленность оперативной подготовки; снизить ущерб, наносимый окружающей среде в ходе учебно-боевой деятельности войск; устранить отставание в вопросах компьютеризации оперативной подготовкикомандного состава наших Вооруженных Сил от вооруженных сил ведущих зарубежных государств.

Однако практическая реализация КФОП в общей системе оперативной и боевой подготовки личного состава, включая образовательный процесс в ВУЗах МО, требует проведения углубленного анализа возможностей организации и проведения таких форм подготовки в целях наиболее полного учета особенностей их реализации как в информационном, так и в техническом аспектах. Первый аспект определяет анализ и оценку потоков данных, обрабатываемых в ходе компьютерных игр, второй - возможности их технической реализации, включая вопросы выбора и использования конкретных технических средств.

Прежде чем приступить к построению имитационной модели ККШВИ важно напомнить, что игрой в теории игр называется схематизированная и приспособленная для математического изучения модель конфликта. Приэтом, разумеется, описывающая конфликт игра должна сохранять все основные, существенные черты моделируемого конфликта. Прежде всего в игре должны быть отражены характеристики («компоненты») конфликта:а) участвующие в конфликте стороны (в теории игр их называют игроками);б) те решения, которые игроки могут принимать (эти решения обычно называют стратегиями игроков);в) степень осуществления целей каждого игрока в ситуации, складывающейся в результате выбора игроками своих стратегий (эти последние характеристикиможно измерять числами, которые называются выигрышами). Точное описание множества игроков, множество стратегий для каждого игрока,а также их функций выигрыша и составляет задание игры. Игры, заданные в таком виде, обычно называют играми в нормальной форме.

1.1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ И ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМАНДНО-ШТАБНЫХ ВОЕННЫХ ИГРОпределяя компьютерную форму оперативной подготовки и в частности компьютерную командно-штабную военную игру, как объект исследования, нужно отметить, что в общем виде структура компьютерных форм оперативной подготовки как способа организации учебного процесса и структура традиционных форм оперативной подготовки, в принципе аналогичны (рис. 1.1) и включают следующие элементы: обучаемых, учебные цели и задачи, содержание и методы обучения, аппарат руководства и технические средства обучения. В то же время анализ содержания структурных элементов схем, представленных на рис. 1.1, позволяет выделить ряд отличий между ними (табл. 1.1.).

Наиболее существенные отличия - технические средства обучения и связанные с ними особенности организации и практического выполнения отрабатываемых учебных вопросов. Организационно-технической основой компьютерных форм оперативной подготовки являются автоматизированные системы моделирования боевых действий. Применение средств имитационного математического моделирования в АСМБД предусматривает изменение методов организации и проведения мероприятий оперативной подготовки и предопределяет особенности компьютерных форм обучения в целом.

Главное содержание работы руководства при проведении компьютерных форм оперативной подготовки - вручение участникам игры директив, приказов и распоряжений от вышестоящего командования, наращивание обстановки и розыгрыш боевых действий, рассмотрение (изучение) принятых решений, планов операций (боевых действий), директив, (приказов) и распоряжений, изучение методов работы обучаемых с использованием средств АСМБД и специального математического и программного обеспечения, контроль за практическими действиями штабов и войск, исследование новых вопросов оперативного искусства. Принципиально изменяется (по сравнению с традиционными формами обучения) порядок доведения информации о текущей обстановке. Решения, принятые обучаемыми, вводятся в моделирующий комплекс (расчетно-моделирующую подсистему АСМБД), результаты моделирования через базу данных (БД) выводятся на АРМ участников игры.

Результаты моделирования выводятся на АРМ должностных лиц аппарата руководства в полном объеме за играющие стороны, и в части касающейся на АРМ обучаемых с последующим изменением обстановки через временные интервалы, равные шагу моделирования. При этом предусматривается доведение обстановки до вышестоящих инстанций, в частности до управления армий и фронта, только за условно действующие войска: до управления армий - за соединения и части армейского подчинения, до управления фронта -соответственно за объединения и соединения фронтового подчинения. Сбор информации об обстановке от управлений, реально действующих на игре, вышестоящие инстанции должны осуществлять в установленном порядке по линии боевого управления.

Данные за противоположную сторону доводятся в объеме, соответствующем возможностям сил и средств разведки сторон, с учетом решений обучаемых на организацию разведки.

Результаты действий обучаемых и развитие обстановки в ходе проведения КФОП должны протоколироваться. Фиксация действий должностных лиц, протоколирование развития обстановки с момента получения противоборствующими сторонами боевых задач до завершения их выполнения будут способствовать существенному повышению ответственности должностных лиц за свои действия, стремлению работать с полной отдачей. Ведение протокола обеспечит также объективность оценок действий обучаемых при подведении итогов, существенно упростит работу аппарата руководства при подготовке разбора игры.

Аппарат руководства Среда обученияСпособы создания среды обученияВвод обучаемых в учебную обстановкуПодыгрыш обстановкиОбозначениеИмитацияНатурное моделирование обстановки Привлекаемые силы и средства Группы разработки учения Посредники и группы подыгрыша; средства связи Группы имитации; имитационные средства Реальные войска, силы и средстваОбучаемые органы управленияа)Аппарат руководства Среда обученияСпособы создания среды обученияВвод обучаемых в учебную обстановкуПодыгрыш обстановкиИмитационное моделирование обстановкиПривлекаемые силы и средстваГруппа разработки ученияКомпьютерный центрАСМБД Группы подыгрыша Обучаемые органы управленияб)Рис. 1.1. Структурная схема реализации форм оперативной подготовки:а) традиционных;б) компьютерных.

Таблица 1.1Отличительные особенности элементов компьютерных форм оперативной подготовки от традиционныхЭлементы структур Отличительные особенностиОбучаемые При проведении КФОП от обучаемых требуются умения и навыки в работе со средствами автоматизации. Обучаемые получают возможность принимать решения и анализировать их на основе многовариантного моделирования боевых действий.

Учебные Цели Появляется возможность объективного контроля знаний, умений и навыков обучаемых. Учебные цели могут достигаться в более короткие сроки за счет использования обучающих программ.

Методы обучения Математическое моделирование боевых действий явится основой методики компьютерных форм оперативной подготовки и обеспечит аппарату руководства: повышение динамичности наращивания обстановки и проведения розыгрыша боевых действий в реальном масштабе времени методом "свободной" игры; расширение спектра применяемых методических приемов; повтор розыгрыша отдельных эпизодов боевых действий в ускоренном временном режиме, остановка оперативного времени для анализа принятых решений и показ альтернативного варианта решения с выявлением его преимуществ, документирование и послеигровое воспроизведение хода ирезультатов действий войск (сил) и т.д.; качественный анализ и объективную оценку решений, принимаемых обучаемыми.

Аппарат руководства Наличие автоматизированных систем моделирования боевых действий (АСМБД) предопределяет необходимость включения в аппарат руководства должностных лиц, обеспечивающих функционирование АСМБД. Сокращается состав групп наращивания обстановки (групп подыгрыша), принципиально изменяются функциональные обязанности посредников.

Технические средства обучения Организационно-технической основой КФОП является автоматизированная система моделирования боевых действий, применение которой коренным образом изменяет методы подготовки и проведения мероприятий оперативной подготовки и предопределяет особенности КФОП в целом.

В общем виде структурная схема комплекса технических и программных средств, обеспечивающих организацию и проведение компьютерных КШВИ, приведена на рис. 1.2.

Как уже отмечалось ранее, основным компонентом такого комплекса технических и программных средств является автоматизированная система моделирования боевых действий, представляющая собой сложную организационно-иерархическую систему, включающую комплексы технических, математических, программных и информационных средств.

Похожие диссертационные работы по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», 05.13.18 шифр ВАК

• Создание и использование учебно-методического и организационного обеспечения дисциплины "Информатика" для военного вуза командного профиля 2009 год, кандидат педагогических наук Краснова, Валентина Ивановна

• Формирование профессиональных компетенций у курсантов военных командных вузов 2011 год, кандидат педагогических наук Овсянников, Игорь Вячеславович

• Формирование экспериментальных умений при обучении физике на основе компьютерного моделирования у курсантов военного вуза 2011 год, кандидат педагогических наук Ларионов, Михаил Владимирович

• Организация педагогического менеджмента в условиях военно-инженерного вуза 2005 год, кандидат педагогических наук Агаджанов, Георгий Георгиевич

• Системный анализ и синтез автоматизированных процедур поддержки принятия военно-экономических решений 2004 год, доктор технических наук Трофимец, Валерий Ярославович

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Ямпольский, Леонид Семенович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведен анализ существующих подходов к проведению компьютерных КШВИ, а также существующих методических и инструментальных средств управления информационным обменом и диспетчеризации информационных процессов. В результате проведенных исследований были получены следующие результаты:

1. Разработана и исследована имитационная модель КШУ, исходящая из их игровой интерпретации, в которой акцентируется место и роль ПВО в их защитной функции.

2. Разработана система компьютерной поддержки коллективных действий участников КШВИ, обеспечивающая управление и коммуникацию в рамках командно-штабной оргструктуры.

3. Имитационная модель КШВИ использована как источник спецификаций, на основе которого произведен выбор вопросно-ответного процессора WIQA как базовой инструментальной среды реализации КШВИ.

4. Проведены адаптация и настройки вопросно-ответного процессора WIQA к специфике исследованной версии КШВИ и определены место и роль диспетчера КШВИ в инструментальной среде.

5. Проведен анализ информационных процессов, протекающих при проведении компьютерных КШВИ. Проведено формальное описание информационных процессов, что позволило определить возможности по управлению ими и распределить управленческие функции между создаваемым диспетчером и средствами используемых операционных систем и сетевых технологий.

6. Разработана методика оценки эффективности управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ. Обосновано понятие эффективности управления информационными процессами и аспектов их реализации, в отношении которых следует проводить указанную оценку.

7. На основе предложенного в работе научно-методического аппарата разработан прототип диспетчера управления информационными процессами. На его основе были проведены экспериментальные исследования по управлению информационными процессами и оценке его эффективности. Проведенный эксперимент полностью подтвердил теоретические положения разработанного научно-методического аппарата по проектированию диспетчера управления информационными процессами и оценке эффективности управления.

8. Разработанный научно-методический аппарат обеспечивает качественно новое решение задачи проектирования средств управления информационными процессами применительно к специфике их протекания при проведении компьютерных КШВИ.

Полученное решение указанной задачи является общим для класса задач разработки средств управления информационными процессами при проведении компьютерных КШВИ всех уровней войсковой ПВО.

Полученные результаты работы предлагается использовать для решения научно-технических задач проектирования средств управления информационными процессами при организации конкретных компьютерных КШВИ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ямпольский, Леонид Семенович, 2003 год

1. Зиновьев Э. В. Принципы построения системы управления информационными процессами и ресурсами в сети ЭВМ. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №3. С. 45-52.

2. Шуенкин В. А., Донченко В. С. Прикладные модели теории массового обслуживания. Киев, Учебно-методический кабинет высшего образования, 1992.

3. Никитин Н. М., Окунев С. Л., Самсонов Е. А. Алгоритм разрешения конфликтов в локальной сети со случайным множественным доступом. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 41-46.

4. Хазацкий В. Е., Юрьева С. А. Приоритетный множественный доступ в локальных сетях передачи данных с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 47-52.

5. Щеглов А. Ю. Принципы унификации методов кодового управления множественным доступом к ресурсам вычислительных систем и ЛВС. Информационные технологии. 1998. №2. С. 20-25.

6. Пирогов В. В., Олевский С. М. Архитектура системы организации взаимодействия прикладных процессов, использующей общедоступную память. Автоматика и вычислительная техника. 1987. №6. С.

7. Азаренков В. В., Сорокин В. П., Степанов Г. А. Автоматизированные системы управления войсковой ПВО. Обработка информации в автоматизированных системах управления войсковой ПВО. Киев, ВА ВПВО, издательство академии. 1985. 156с.

8. Емельянов Г. М., Смирнов Н. И. Анализ информационного обмена при проектировании проблемно-ориентированных локальных вычислительных сетей. Автоматика и вычислительная техника. 1987. №1. С. 45-50.

9. Пирогов В. В., Олевский С. М. Инструментальная база данных "Механизмы взаимодействия процессов". Автоматика и вычислительная техника. 1987. №4. С. 25-29.

10. Гершуни Д. С. Планирование вычислений в системах жесткого реального времени (обзор и перспективы). Вычислительная техника. Системы. Управление. 1991. Вып. 6. С. 4-51.

11. Альянах И. Н. Моделирование вычислительных систем. Л., Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. -С. 223,

12. Якубайтис Э. А. Архитектура вычислительных сетей. М., Статистика, 1980. -С. 279.

13. Якубайтис Э. А. Информатика Электроника - Сети. М., Финансы и статистика, 1989.-200 с.

14. Информатика: Энциклопедический словарь для начинающих. Сост. Д. А. Поспелов. М., Педагогика-Пресс, 1994. С. 352.

15. Липаев В. В. Проектирование программных средств. М., Высшая школа, 1990. С.303 .

16. Липаев В. В. Проектирование математического обеспечения АСУ. М., Советское радио, 1977. С. 400.

17. Барвинский В. В., Евменчик Е. Г. Применение новых информационных технологий в преподавании оперативно-технических дисциплин. Материалы 19-й научно-методической конференции. Тверь, ВУ ПВО. 1999. С. 27-32.

18. Коршунов Ю. М. Математические основы кибернетики. М., Энергия, 1980.

19. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М., Мир, 1982. С. 562.

20. Справочник офицера противовоздушной обороны Воениздат, 1987 г.

21. В.А.Веников «Основы теории моделирования» Издательство «Наука», 1983 г.

22. Н.Н.Воробьев «Теория игр» Издательство «Знание», 1976 г.

23. Азаренков В. В., Сорокин В. П., Степанов Г. А. Автоматизированные системы управления войсковой ПВО. Обработка информации в автоматизированных системах управления войсковой ПВО. Киев, ВА ВПВО, издательство академии. 1985. 156с.

24. Под. ред. Едемского А. Ф. Автоматизированные системы управления войск ПВО Сухопутных войск. Основы построения АСУ. Смоленск, ВА ПВО СВ, издание академии. 1993. 252с.

25. Под. ред. Честаховского В. П. Автоматизированные системы управления войск противовоздушной обороны Сухопутных войск. Часть I. Основы построения автоматизированных систем управления. Киев, В А ПВО СВ, издание академии. 1977. 396с.

26. Под. ред. Гаврилова А. Д. Автоматизированные системы управления войск ПВО Сухопутных войск. Основы стрельбы и управления огнем. Смоленск, ВАПВО СВ РФ, издание академии. 1996. 168с.

27. Азаров Б. И. Устройство средств автоматизированного управления. Автоматизированный пункт управления 9С717/6. Смоленск, СВЗРИУ, издание училища. 1990. 106с.

28. Шуенкин В. А., Донченко В. С. Прикладные модели теории массового обслуживания. Киев, Учебно-методический кабинет высшего образования, 1992.

29. Никитин Н. М., Окунев С. Л., Самсонов Е. А. Алгоритм разрешения конфликтов в локальной сети со случайным множественным доступом. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 41-46.

30. Хазацкий В. Е., Юрьева С. А. Приоритетный множественный доступ в локальных сетях передачи данных с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Автоматика и вычислительная техника. 1985. №5. С. 47-52.

31. Щеглов А. Ю. Принципы унификации методов кодового управления множественным доступом к ресурсам вычислительных систем и ЛВС. Информационные технологии. 1998. №2. С. 20-25.

32. Пирогов В. В., Олевский С. М., Хайкин И. А. Об одном классе протоколов прикладного уровня. - АВТ, 1986, № 3, с. 11-16.

33. Vasudevan R., Chan P. P. Designing servers in distributed environment: A study of the process structuring methodology. - In: Proc. IEEE 1st Int. Conf. Office Autom., New Orleans, La, Dec. 17-19, 1984. Silver Spring, Md, 1984, p. 21-31.

34. Васильев Г. П. и др. Программное обеспечение неоднородных распределенных систем: анализ и реализация. М.:Финансы и статистика, 1986.160 с.

35. Флинт Д. Локальные сети ЭВМ: архитектура, принципы построения, реализация. М.: Финансы и статистика, 1986. 359 с.

36. Якубайтис Э. А. Информационные вычислительные сети. М., Финансы и статистика, 1984. 232 с.

37. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У., Соломонидес С. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М., Мир, 1982. 563 с.

38. Основы теории вычислительных систем. Под ред. Майорова С. А. Учебное пособие для ВУЗов. М., Высшая школа. 1978.

39. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М., Машиностроение. 1979.

40. Блэкман М. Проектирование систем реального времени. М., Мир. 1977.

41. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., Наука. 1969.1. ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

42. API Application Programming Interface (интерфейс прикладного программи рования)

43. MOM Message Oriented Middleware (промежуточное программное обеспечение передачи сообщений)

44. ORB Object Request Broker (брокер объектных запросов)

45. OSI Open System Interconnection (взаимодействие открытых систем)

46. RPC Remote Procedure Call (удаленный вызов процедур)

47. АПД аппаратура передачи данных

48. АРМ автоматизированное рабочее место

49. АСМБД автоматизированная система моделирования боевых действий

50. АСУ автоматизированная система управления

51. АСУВ автоматизированная система управления войсками1. БД база данных1. ВС вычислительная система

52. ЗРК зенитный ракетный комплекс

53. ЗРС зенитная ракетная система

54. ККШУ компьютерные командно-штабные учения

55. КСА комплекс средств автоматизации

56. КФОП компьютерные формы оперативной подготовки

57. КШУ командно-штабные учения

58. ЛВС локальная вычислительная сеть1. ОС операционная система

59. ПВО противовоздушная оборона

60. ПО программное обеспечение

61. ППО промежуточное программное обеспечение1. ПЭВМ персональная ЭВМ

62. СВН средства воздушного нападения

63. СМПО специальное математическое и программное обеспечение

64. СУБД система управления базами данных

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

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.