Вычислительный эксперимент в оперативно-тактических исследованиях
ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 11/1988, стр. 28-34
УПРАВЛЕНИЕ ВОЙСКАМИ
Вычислительный эксперимент в оперативно-тактических исследованиях
Вице-адмирал М. Д. ИСКАНДЕРОВ,
кандидат военных наук
Капитан 1 ранга Э. Г. ШЕВЕЛЕВ,
доктор военных наук
ВОПРОСЫ повышения эффективности применения математического моделирования в ряде областей деятельности органов управления войсками (силами), а также в военно-научной и исследовательской работе широко освещались на страницах журнала в ходе дискуссии по статье генерал-лейтенанта Е. А. Евстигнеева.
. : .В предлагаемой статье авторы излагают еще один подход к решению проблемы повышения эффективности применения математического моделирования в управленческой деятельности командования и штабов. Суть предложения - в широком внедрении в практику оперативной работы вычислительного эксперимента как инструмента, позволяющего любому командиру, офицеру-оператору не только лично наблюдать за ходом моделируемого процесса в целом, в динамике, но и управлять им на любом этапе.
Авторы, исходя из личного опыта, считают, что внедрение такого «инструмента» позволит преодолеть бытующее у многих командиров отношение к математическому моделированию как к «черному ящику», куда «что заложишь, то и получишь»; сломать психологическое недоверие к формальным математическим методам обоснования принимаемых ими решений (если результаты моделирования не соответствуют интуитивному мнению командира, то они, как правило, отвергаются). Этот стереотип вызван, по мнению авторов, тем, что в современной практике -командиры и офицеры-операторы вынуждены доверяться результатам .моделирования, которые для них выполняют посредники - специалисты информационно-вычислительных центров (обычно не имеющие определенного уровня оперативной и тактической подготовки).
* * *
Возрастание сложности и масштабов проблем в различных областях науки и практики привело ученых к формированию нового вида эксперимента как общенаучного метода исследований, получившего название вычислительный эксперимент. Он нашел широкое применение в исследовании физических явлений и позволил получить ряд новых положительных результатов в естественных науках.
Раскроем сущность вычислительного эксперимента как метода научных исследований и охарактеризуем его! возможности в военной науке, в частности в области оперативно-тактических исследований.
В основе метода - замена изучаемого реального объекта, явления, процесса его математической моделью и экспериментирование исследователя с нею посредством использования ЭВМ. Такой подход, как показывает практика, заключает в себе большие возможности и ведет к серьезным изменениям методологии и технологии научных исследований.
Так, при реализации на современных ЭВМ математической модели физического явления, варьируя различными параметрами (граничными и начальными условиями, значениями коэффициентов уравнений и др.), удается провести детальное исследование физического процесса: выявить основные закономерности, оценить влияние различных факторов, получить в рамках принятой модели такую информацию, которую раньше можно было получить лишь в ходе физического эксперимента. Поэтому новый метод и был назван вычислительным (численным или математическим) экспериментом. Его достоинствами, по сравнению с натурным экспериментом, являются простота, несоизмеримо меньшие экономические затраты, оперативность, управляемость, возможность воссоздать условия, не реализуемые даже самыми современными экспериментальными установками. .
Именно это обстоятельство придает исключительно важное значение разработке методологии вычислительного эксперимента, его использованию для получения в наибольшей степени достоверных данных, необходимых командованию, штабам для принятия решений и подготовки сил к ведению операций, боевых действий, а также дальнейшего совершенствования теории вооруженной борьбы, выработки оперативно-тактических требований к ее материальной базе.
Вычислительный эксперимент предполагает экспериментирование с комплексом математических моделей, позволяющее осуществлять всестороннее исследование изучаемого объекта. Он стал возможен благодаря, во-первых, появлению нового поколения ЭВМ, обладающих значительно более высоким быстродействием, объемом памяти и позволяющих работать с ними в режиме диалога; во-вторых, формированию и развитию нового прикладного направления математики - вычислительной математики, что дает возможность более гибко использовать возможности ЭВМ для решения практических задач существующим арсеналом математических средств.
В вычислительном эксперименте под математической моделью понимается не только система уравнений, но и исходные данные, необходимые для решения: начальные и граничные условия, значения коэффициентов уравнений и др. В ходе вычислительного эксперимента и в процессе работы применяемая модель постоянно совершенствуется (на основе сопоставления данных моделирования с имеющимися фактическими данными), развивается путем ее непрерывного уточнения, в результате чего она все больше и больше по точности описания приближается к реальному объекту. Это позволяет анализировать все более сложные процессы,, глубже проникать в сущность и закономерности их функционирования.
Важной особенностью вычислительного эксперимента является то, что в нем соединяются черты эмпирического и теоретического исследований, а это открывает дополнительные возможности получения; необходимых теоретических выводов с одновременной их проверкой в условиях, в наибольшей степени приближенных к реальной действительности.
Рассмотрим некоторые вопросы применения вычислительного эксперимента в исследованиях операций флота и морского боя.
Прежде всего отметим, что традиционные (известные и широко распространенные еще до формирования вычислительного эксперимента как инструмента исследования) математические модели давно используются командованием, оперативным составом штабов объединений, соединений флотов, специалистами и учеными ВМФ. Накоплен опыт по созданию и использованию математического обеспечения, включающего библиотеки алгоритмов и программ для универсальных ЭВМ, комплексы методик, позволяющие автоматизировать информационные и расчетные процессы работы штабов, математические модели боевых действий. При этом, например, отдельные расчетные задачи, реализованные на микроЭВМ, имеющих высококачественные средства отображения информации, частично уже содержат в себе элементы вычислительного эксперимента и дают возможность не только оценивать эффективность их решения по разработанному (предлагаемому) командованием и штабами варианту применения сил, но и получать дополнительную информацию, анализ которой позволяет осуществить его целенаправленное изменение (доработку, усовершенствование) в интересах наиболее полной реализации боевых возможностей сил.
Например, при оценке эффективности ракетного удара по авианосной группе противника в морском бою (операции) такой дополнительной информацией может быть: число (математическое ожидание) носителей ракетного оружия, потерявших боеспособность к моменту пуска ракет за счет различных видов противодействия противника (с указанием, каких именно); число ракет, сбитых истребительной авиацией палубного и берегового базирования, зенитными ракетными комплексами, зенитными огневыми средствами, средствами РЭБ (раздельно для каждого вида противодействия) и др. Эти данные существенно облегчают поиск наиболее целесообразного варианта применения сил и средств при решении боевой задачи в прогнозируемых условиях обстановки.
Но как от математического описания отдельных фрагментов морского боя и операции флота перейти к созданию таких целостных моделей применения сил флота в вооруженной борьбе на море, которые адекватно отображали бы ее основные закономерности, позволяли бы достаточно полно и своевременно учитывать при реализации на ЭВМ динамику изменения обстановки? Как, положив эти модели в основу вычислительного эксперимента, сделать их не только инструментом обоснования разрабатываемых командованием и штабами решений и планов применения сил при подготовке боя (операции), но и с их помощью вырабатывать рекомендации по управлению силами в ходе их ведения?
Следует признать, что на эти вопросы современное военно-морское искусство и теория управления ВМФ еще не дали исчерпывающих ответов, однозначно указывающих направления исследований организациям, ответственным за разработку специального математического обеспечения управления силами флота. Представление о характере, общей направленности и состоянии ведущихся в настоящее время работ по проблемам математического моделирования операций и боевых действий в целом можно составить по публикуемым в военных журналах научным статьям. В них достаточно полно раскрыты основные проблемы и требования, предъявляемые к математическим моделям операций и боевых действий.
Для полномасштабной реализации возможностей вычислительного эксперимента как метода познания анализируемых процессов (применительно к операции флота и морскому бою) возникает необходимость переосмыслить не только традиционные требования к их моделированию, но и саму постановку проблемы моделирования вооруженной борьбы на море. Исследования в этой области до недавнего времени были направлены в основном на проведение оперативно-тактических расчетов по оценке количественно-качественного соотношения сил сторон или альтернативных вариантов применения сил и средств флота, способов и приемов их действий, разрабатываемых командованием и штабами для прогнозируемых условий обстановки.
Результаты таких расчетов используются для распределения сил и средств по задачам при выработке замысла, обосновании решений и планировании действий сил.
Но для сложных современных форм применения сил в вооруженной борьбе на море этого стало недостаточно. Появилась острейшая необходимость иметь гибкий и эффективный инструмент не только для выработки самих решений и планов, но и их корректировки в соответствии с развитием обстановки, который был бы способен объединить в единое целое творческий потенциал командования, штабов различных уровней, основанный на их неформальном мышлении, опыте, знаниях, интуиции, и возможности современных ЭВМ, использующих математический формализм и обладающих необходимыми для этого памятью, быстродействием, способностью к работе в режиме разделения времени, диалоговом режиме, режиме реального времени. На это, как представляется авторам, и должна быть направлена в первую очередь разработка методологии вычислительного эксперимента в оперативно-тактических исследованиях.
Анализ с этих позиций особенностей современного морского боя приводит к выводу, что для создания его адекватной модели и проведения вычислительного эксперимента недостаточно отображения только анализируемых (прогнозируемых) действий сил сторон (ударов, атак, маневра групп и единиц сил). Даже детальное воспроизведение во времени этих важнейших составляющих боя на ЭВМ позволяет получить о нем лишь чисто внешнее, поверхностное представление.
Современный морской бой при всей его стремительности и скоротечности представляет собой сложный процесс, ход и исход которого существенно зависят не только от боевых возможностей участвующих в нем ударных сил противоборствующих сторон, принятого (пусть даже наиболее целесообразного) решения и соответствующего ему плана боя, постановки задач силам, но и от того, насколько своевременны и правильны будут действия командования и штаба соединения (или группировки разнородных сил флота) в ходе боя сообразно изменениям обстановки. А это, в свою очередь, зависит от эффективности функционирования системы разведки и наблюдения, системы управления силами и других видов обеспечения в целом.
Таким образом, морской бой можно представить как интегративный процесс (систему), состоящий из следующих наиболее общих подпроцессов (элементов, модулей): пространственно-временные перемещения материальных объектов, разведка противника, огневое и радиоэлектронное воздействие сторон друг по другу, управление силами и оружием, восполнение материальных средств, восстановление боеспособности сил и др.
Эти подпроцессы осуществляются одновременно, в сложной взаимосвязи, результат их взаимодействия носит случайный, нелинейный характер, так как многие элементы, составляющие их, по своей природе также случайны.
В связи с этим интегративность процесса морского боя означает, что его свойства не есть совокупность свойств подпроцессов, его составляющих, и они не могут быть выведены из них. Поэтому только целостное восприятие морского боя позволит, на наш взгляд, с наибольшей достоверностью и точностью исследовать основные закономерности его развития.
С позиций сложившегося за последние годы подхода к проблеме моделирования процессов вооруженной борьбы представляется целесообразным морской бой (операцию), абстрагируясь от их содержательной части в целях последующего перехода к их количественному (математическому) описанию, представлять как процесс функционирования определенных и взаимосвязанных боевых систем (БС).
В зависимости от уровня и масштабов задач боевые системы могут быть стратегического, оперативного и тактического назначений: группировка вооруженных сил, объединение, соединение, тактическая группа, корабль и т. д. Совокупность материальных объектов (элементов), составляющих боевую систему, в зависимости от их функционального предназначения в системе целесообразно сгруппировать в четыре основных подсистемы: ударную, обеспечивающую, управляющую и обслуживающую.
В ударную подсистему следует включать элементы, непосредственно воздействующие на силы и средства противника и другие объекты внешней среды; в обеспечивающую - силы и средства разведки, наблюдения, целеуказания и РЭБ; в управляющую - органы и пункты управления, части и средства связи и др.; в обслуживающую - части, подразделения тылового и специально-технического обеспечения.
Уровням, масштабам боевых- систем должны соответствовать масштабы и размерности подсистем и элементов, входящих в них. Например, в боевой системе оперативно-тактического предназначения (в объединении) элементами ударной подсистемы могут быть соединения, корабельные ударные группы, отдельные боевые корабли; элементами обеспечивающей подсистемы--разведывательные подразделения, самолеты разведки; элементами управляющей подсистемы - К.П, ЗКП объединения, части, корабля связи; элементами обслуживающей подсистемы- соединения, части, корабли тылового обеспечения и др.
Понимание исследователем вооруженной борьбы как процесса взаимного воздействия друг по другу боевых систем противоборствующих сторон позволяет с единых позиций формализовать действия сил в морском бою (операции) и существенно расширить возможности применения современных математических методов и ЭВМ при выработке замысла и принятии решений, планировании применения сил и управления ими в ходе боевых действий. Выполнение боевой задачи в этом случае находится в прямой зависимости от своевременного перевода боевой системы в определенное функциональное (предусмотренное планом) состояние, а эффективность достижения поставленной цели будет определяться вероятностью данного функционального состояния.
При таком подходе вооруженная борьба на море приобретает, на наш взгляд, четкие количественные очертания, что существенно облегчает переход к ее математическому описанию и созданию математических моделей.
Формирование вычислительного эксперимента в оперативно-тактических исследованиях связано также и с имитацией морского боя (операции) и конструированием для этих целей имитационной системы. Как было отмечено выше, операция и морской бой являются многоуровневыми, иерархическими и разноплановыми процессами функционирования боевых систем, которые описать одной аналитической моделью практически невозможно, упрощение же модели приводит, как известно, лишь к еще большему искажению моделируемого процесса. Действительно, операция, с одной стороны, представляется как совокупность функционирования боевых систем разных уровней и масштабов, а с другой - как совокупность процессов различного функционального предназначения (разведки, огневого воздействия, управления и т. д.).
Как показывают результаты исследований, для целостного восприятия и изучения операции (морского боя) необходимы комплексы двусторонних математических моделей, описывающие наиболее существенные составляющие их подпроцессы, а также алгоритмы и пакеты программ, которые позволяют анализировать, используя ЭВМ, ход боевых действий в целом. Кроме того, нужно иметь управляющую программу, с помощью которой можно было бы автоматически и по желанию офицера-исследователя собирать математические модели различных подпроцессов морского боя и операции в более сложные конструкции, обеспечивающие возможность работы с комплексом указанных моделей в диалоговом режиме.
Соответственно для реализации идеи имитации операции (боя) необходимы и адекватные этому технические средства, включающие ЭВМ с большим быстродействием и оперативной памятью, графические и буквенно-цифровые дисплеи, средства документирования, используя которые офицеры-исследователи могли бы визуально наблюдать ход «боевых действий», вмешиваться в него по необходимости, т. е. управлять ходом вычислительного эксперимента. Перечисленные выше элементы программного и технического обеспечения в совокупности и представляют собой имитационную систему (экспериментальную установку), материальную базу для осуществления вычислительного эксперимента.
Исследователь (командующий, командир, офицер штаба, специалист оперативно-тактического профиля), вооружившись имитационной системой, используя графический дисплей, может лично наблюдать за ходом и динамикой развития морского боя (операции) в целом, во всех его аспектах, а также вести диалог с имитационной системой на профессиональном (привычном для него) языке. Используя данные эксперимента, командующий (командир) и штаб получают более совершенный инструмент, позволяющий в конечном счете определять целесообразный состав, структуру боевой системы, качественно-количественные характеристики входящих в нее элементов, формы и способы ее применения, обеспечивающие наибольшую эффективность решения поставленных задач в различных конкретных или же прогнозируемых условиях.
Было бы неправильно противопоставлять друг другу вычислительный и натурный эксперименты. Для повышения качества оперативно-тактических исследований необходимо максимально использовать полученный эмпирический материал, данные войсковых и флотских учений, КШУ и различных полигонных испытаний оружия и средств для последующего уточнения математических моделей, алгоритмов, входящих в имитационную систему. Вместе с этим, по нашему мнению, было бы целесообразно любые учения, практические занятия на местности предварять проведением вычислительных экспериментов на имитационной системе в целях выявления узких мест в подготовке и ведении операций (боевых действий) с их последующей проверкой на натурных, физических моделях.
Таким образом, разумное использование возможностей вычислительного и натурного экспериментов способствует, по нашему мнению, существенному повышению эффективности оперативно-тактических исследований в решений практических задач, поставленных перед силами, войсками.
Следует отметить, что в совершенствовании вычислительного эксперимента как научного метода в оперативно-тактических исследованиях и имитационной системы как инструмента его осуществления, по нашему мнению, существуют две наиболее важные проблемы, требующие приоритетного их разрешения. Первая связана с необходимостью скорейшего оснащения штабов объединений, высших военных учебных заведений, научно-исследовательских учреждений более совершенной вычислительной техникой с такими параметрами, которые обеспечат реализацию вычислительного эксперимента в оперативно-тактических исследованиях. Вторая - с необходимостью более широкого развертывания подготовки научных кадров - системных аналитиков оперативно-тактического профиля. С этой же проблемой в свою очередь непосредственно связаны разработка и совершенствование математических моделей как необходимой предпосылки для осуществления вычислительного эксперимента. Известно, что хорошая математическая модель - результат тесной совместной работы специалиста в предметной области знаний, математика и программиста.
По принятой технологии разработки математической модели, описывающей тот или иной процесс боевых действий, первым основополагающим этапом является оперативная постановка и оперативно-тактическое описание. Это один из самых важных и ответственных этапов всего процесса создания моделей.
Считается, что с этой задачей может справиться офицер штаба, обладающий высокой оперативно-тактической подготовкой и имеющий соответствующее военно-академическое образование. Однако опыт, практика показывают, что справляются лишь отдельные из них и в основном только при разработке простых математических моделей, составляющих содержание существующих различных методик оперативно-тактических расчетов. Создание же и разработка более сложных математических моделей, тем более пакетов программ для проведения вычислительного эксперимента, подвластны лишь подготовленным к этой работе коллективам научных сотрудников, а оперативная постановка и оперативно-тактическое описание становятся посильными лишь для тех офицеров (научных сотрудников), которые обладают высокой оперативно- тактической подготовкой и навыками системного аналитика.
В заключение следует еще раз подчеркнуть, что в настоящее время имеются все необходимые средства, опыт и условия для создания и развития вычислительного военного эксперимента. Овладение этими средствами и их внедрение в практику работы командований, штабов, армейских и флотских научно-исследовательских учреждений являются важнейшими условиями повышения эффективности решения поставленных перед ними задач.
Военная Мысль. - 1987. - № 7, 8, 10, 12; 1988. - № 4, 9.
Коммунист. - 1983. - № 18. - С. 31-33.
Морской сборник.- 1986. -№ 12.- С. 7.
Там же.- 1987.- №7.- С. 16.
Морской сборник. - 1977. - № 4. - С. 23; Военная Мысль. - 1986. - № 8.- С. 26; 1987.-№9,-С. 34.
Военная Мысль,-1986 - №: 9,-С. 39; 1988.- № 9.-С. 38-47.
