基于OPM的兵棋推演行動方案建模方法研究

紀(jì)夢琪,董 倩,秦茂森,楊 峰

(國防科技大學(xué),湖南長沙 410073)

作戰(zhàn)行動方案兵棋推演是在作戰(zhàn)行動實施前,按作戰(zhàn)計劃順序和進程,逐步對各個作戰(zhàn)階段中作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動所造成的狀態(tài)進行演練的過程[1],其本質(zhì)是一種實驗活動。兵棋推演系統(tǒng)作為輔助指揮官進行戰(zhàn)術(shù)策略決策的重要手段正得到日益廣泛的運用。美軍的聯(lián)合作戰(zhàn)計劃程序JOPP給出了制定作戰(zhàn)計劃的七大步驟,其中以COA(Course of Action)的制定、分析和推演為核心。傳統(tǒng)模式的計算機兵棋推演進行COA推演前準(zhǔn)備階段一般進行大量繁雜的推演想定編輯,主要包括:對陣雙方的作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)前兵力部署、作戰(zhàn)企圖、先手方、增援/支援力量、對陣時間(回合數(shù))、勝負(fù)評估標(biāo)準(zhǔn)等[2]。偏重基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入,缺乏戰(zhàn)法策略的設(shè)計和規(guī)劃,缺少基于頂層任務(wù)分析的作戰(zhàn)行動方案模型驅(qū)動推演進行,使得兵棋推演缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的科學(xué)方法指導(dǎo),限制了其應(yīng)用范圍。為完成作戰(zhàn)使命任務(wù),進行作戰(zhàn)行動方案兵棋推演,必須建立一套基于規(guī)范概念定義并彼此相互關(guān)聯(lián)的、具有層次結(jié)構(gòu)的對象、活動和過程關(guān)系。通過作戰(zhàn)行動方案建模,能夠使指揮員及各級參謀人員以系統(tǒng)工程視角設(shè)計推演作戰(zhàn)行動方案,為進行作戰(zhàn)行動方案推演所需的策略戰(zhàn)法分析提供支持指導(dǎo)。目前軍事建模領(lǐng)域具有代表性的可視化建模方法主要有Petri網(wǎng)、IDEF系列、SysML和UML等[4-7]。從面向兵棋推演方案規(guī)劃角度出發(fā),其作戰(zhàn)行動方案模型以作戰(zhàn)任務(wù)為核心需要具有層次性、統(tǒng)一性和應(yīng)用性。UML本身不具備層次建模能力;Petri網(wǎng)建模機制嚴(yán)格復(fù)雜不便于實際應(yīng)用過程中參謀人員理解和溝通;SysML多視圖描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能和行為交互,易出現(xiàn)一致性錯誤且不利于模型構(gòu)建的整體性表達等。

本文以O(shè)PM為建?？蚣?面向兵棋推演應(yīng)用實踐,構(gòu)建作戰(zhàn)行動方案模型,以作戰(zhàn)任務(wù)為核心,分析界定了作戰(zhàn)行動方案概念的構(gòu)成要素,提出基于OPM元模型定義作戰(zhàn)行動概念的作戰(zhàn)行動方案建模方法,支持推演作戰(zhàn)行動方案的頂層設(shè)計,表達簡潔清晰,層次關(guān)聯(lián)性強。最后以空中協(xié)同作戰(zhàn)案例結(jié)合仿真推演平臺對方法進行演示驗證。

1 相關(guān)概念

1.1 作戰(zhàn)行動方案要素分析

從作戰(zhàn)態(tài)勢的角度來看,作戰(zhàn)方案是要創(chuàng)造利于己方的目標(biāo)態(tài)勢,對作戰(zhàn)態(tài)勢的綜合評估是作戰(zhàn)任務(wù)形成的依據(jù),作戰(zhàn)任務(wù)是驅(qū)動作戰(zhàn)推進的核心主線,因此必須具備一致的理解和認(rèn)識。傳統(tǒng)的任務(wù)空間建模方法EATI,從作戰(zhàn)態(tài)勢的角度提取構(gòu)成作戰(zhàn)行動方案的實體、行為、任務(wù)和交互作為四大要素(EATI),而其中任務(wù)是對作戰(zhàn)使命的細化,以任務(wù)為核心驅(qū)動的視角來看,作戰(zhàn)行動方案主要構(gòu)成元素包括:

1)作戰(zhàn)實體:是執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)、完成作戰(zhàn)行動以及與其相關(guān)的一切物理構(gòu)成,面向兵棋推演的作戰(zhàn)實體,可以初步劃分為作戰(zhàn)編組和作戰(zhàn)單元兩大類。

2)作戰(zhàn)行動:在特定戰(zhàn)場環(huán)境下作戰(zhàn)實體實施的具體戰(zhàn)斗過程,是作戰(zhàn)過程中抽象出來要素。有兩種表現(xiàn)形式,動作和過程。動作是對任務(wù)空間中實體執(zhí)行的原子的任務(wù)活動的描述。過程可以表示為一個四元組[8]:

PROCESS::=

其中,E表示執(zhí)行動作的實體,{Ac}是動作的集合,{Proc}是子過程集合,ProSeq是動作和動作、動作和子過程以及子過程之間的序列約束。

交互:包括事件和條件,一個實體在某種條件下為完成某項任務(wù)與其他實體存在協(xié)作、配合、掩護、攻擊等關(guān)系造成事件發(fā)生。一個事件往往和行動、實體狀態(tài)的變化,態(tài)勢狀態(tài)相連接;而條件可以與任務(wù)和過程相關(guān)聯(lián),影響任務(wù)和過程的執(zhí)行,定義為實體狀態(tài)、常量或兩者的結(jié)合。

1.2 面向兵棋推演的作戰(zhàn)行動方案模型

兵棋推演的本質(zhì)是“推演”,而推演是基于仿真與實驗的作戰(zhàn)分析方法之一。仿真兵棋推演系統(tǒng)建立在基于交戰(zhàn)規(guī)則對實體執(zhí)行的各作戰(zhàn)行動進行過程建模的基礎(chǔ)上。在聯(lián)合作戰(zhàn)籌劃領(lǐng)域,存在“計劃可推、方案不可推”的爭議,這是由于目前軍內(nèi)使用的許多模擬系統(tǒng)不夠靈活,缺乏從設(shè)計到推演的連貫分析方法,無法在方案層次進行策略研究,只能形成作戰(zhàn)計劃輸入逐條指令才能進行仿真推演。針對單方戰(zhàn)術(shù)級規(guī)模的兵棋推演,更多是作戰(zhàn)人員以任務(wù)的規(guī)劃、組織和實施為主線,進行作戰(zhàn)行動設(shè)計和作戰(zhàn)任務(wù)組織,更多關(guān)注作戰(zhàn)單元執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的具體情況以及作戰(zhàn)資源配置等信息。一般來說單方戰(zhàn)術(shù)級的兵棋推演的特點主要體現(xiàn)在以下三方面:

1)在信息關(guān)注點方面,除了關(guān)注戰(zhàn)場整體作戰(zhàn)態(tài)勢外,更關(guān)注作戰(zhàn)單元自身的運動、武器裝備等狀態(tài)信息,以及這些信息與戰(zhàn)場中其他平臺之間及自身任務(wù)之間的關(guān)系[10];

2)在作戰(zhàn)實體關(guān)注點方面,關(guān)注作戰(zhàn)單元和作戰(zhàn)編組執(zhí)行任務(wù)過程中的行為決策過程,并可依據(jù)實際態(tài)勢及時人工干預(yù)調(diào)整;

3)在系統(tǒng)輸入操作方面,推演過程中可以以事件觸發(fā)設(shè)定為牽引,作戰(zhàn)任務(wù)分析編輯為驅(qū)動。

1.3 OPM建?？蚣苤С謨?yōu)勢

本文提出的面向兵棋推演的行動方案建模方法需滿足以下內(nèi)容:1)建模機制支持模型全生命周期的修改、擴展以及元模型定義;2)支持對模型的邏輯校驗和定性仿真分析;3)保持語義的一致性;4)圖形化描述和文本語義描述簡潔易懂。

為支撐相應(yīng)的方法要求,同時滿足指揮參謀人員推演決策指揮意圖與模型知識邏輯一致性等,滿足上述要求,本文選擇對象過程方法論(Object-Process Methodology, OPM)[11]作為面向輔助高層決策的作戰(zhàn)行動方案推演案例建模方法,主要優(yōu)勢有:

1) OPM 將對象和過程相結(jié)合共同描述活動層次及其屬性,統(tǒng)一靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程,將復(fù)雜的模型統(tǒng)一于一個綜合框架;

2) OPM不僅支持圖形化的建模語言,還可以對應(yīng)生成結(jié)構(gòu)化自然語言表示,并通過遞歸還原,有效地解決系統(tǒng)的復(fù)雜性管理[13];

3) OPM能夠提供一種由頂至下的設(shè)計思維,能夠?qū)訉悠饰鱿到y(tǒng)模型至核心,同時保持與模型核心的充分協(xié)調(diào)和產(chǎn)生新模型的能力。通過元模型建模,標(biāo)準(zhǔn)化定義各類特定方案設(shè)計問題;

4) OPM是ISO公開可用規(guī)范(PAS),即ISO19450國際標(biāo)準(zhǔn),是基于模型系統(tǒng)工程的建模標(biāo)準(zhǔn)[13]。

2 OPM相關(guān)概念與建模

2.1 OPM介紹

OPM(Object-Process Methodology)對象過程方法論是Dori在2002年提出的通用建模方法[15],兼具圖形表達和文字說明,符合標(biāo)準(zhǔn)(ISO19450) 的系統(tǒng)工程建?？蚣躘16]。它結(jié)合面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的建模范式,在同一參考框架下,基于同一視圖建立系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)模型和行為模型,有效地解決傳統(tǒng)建模方法中多視圖模型之間的所描述模型信息不一致的問題,支持作戰(zhàn)行動方案從任務(wù)分析、頂層籌劃到推演反饋、驗證修正全周期建模。同時,在行動方案模型頂層添加模型,而不破壞系統(tǒng)核心框架。

2.2 OPM的基本建模元素

OPM的基本建模元素主要有對象(object)、狀態(tài)(state)、過程(process)、結(jié)構(gòu)連接和過程性連接,其基本建模元素和層次關(guān)系如圖1所示。

對象:以矩形符號表示,表示存在的事物,可以是以物理方式存在或以概念或邏輯方式存在。

過程:以橢圓符號描述,是對象的轉(zhuǎn)變形式,是唯一可以引起對象生成或消失并改變對象狀態(tài)的建模元素,過程的發(fā)生需要消耗時間,至少需要與一個對象相連。

狀態(tài):以圓角矩形表示,屬于較低層次的實體并隸屬于對象,表示某一時間點可能所處的情況或取值。

結(jié)構(gòu)連接:表達了在兩個對象或兩個過程之間持續(xù)的靜態(tài)連接,如表1所示結(jié)構(gòu)性連接包括四種基礎(chǔ)性連接和兩種一般連接。

表1 OPM結(jié)構(gòu)性連接

過程性連接:用來描述系統(tǒng)的行為,包括支持連接、變換連接與事件連接。如圖2所示，描述的系統(tǒng)行為主要包括:

1)過程與對象的轉(zhuǎn)換,包括過程產(chǎn)生對象、過程消耗對象以及過程改變對象的狀態(tài);

2)對象在不被轉(zhuǎn)換情況下可以觸發(fā)過程;

3)過程或?qū)ο竽軌蛴|發(fā)事件的調(diào)用過程。

圖1 OPM建模元素和層次關(guān)系

2.3 OPM建模模型

OPM模型提供了圖形和文本兩種在語義上等價的表達方式,分別是OPD(Object-Process Diagram)和OPL(Object-Process Language)[13],如圖2所示。每個OPM建模元素都對應(yīng)到一個OPD符號和OPL中明確的語義,通過編輯OPD進行可視化概念建模的同時自動產(chǎn)生基于嚴(yán)格語義定義的OPL,與OPD元素一一對應(yīng)。

圖2 OPD和OPL的模型表示

同時,OPM模型通過組織分層對象過程圖(OPDs)的三個機制來降低系統(tǒng)的復(fù)雜性:

1)以對象(Object)為主對事件的結(jié)構(gòu)層次的折疊與展開(對象為主);

2)以過程(Process)為主展開事件、過程交互的內(nèi)在細節(jié)(過程為主);

3)激活或未激活對象包含的狀態(tài)集。

OPM模型支持對象和過程不同層次的展開和折疊機制,能夠逐層對模型進行細化剖析。

3 基于OPM的作戰(zhàn)行動方案模型

本文以O(shè)PM為建模方法構(gòu)建基于作戰(zhàn)行動概念元模型的作戰(zhàn)行動方案模型。該模型界定了作戰(zhàn)行動方案的基本概念,能夠適用于多種典型作戰(zhàn)樣式的案例中。

3.1 作戰(zhàn)行動方案元模型

元模型能定義特定領(lǐng)域的模型,是關(guān)于模型的模型，如圖3。用于定義概念并提供用于創(chuàng)建該領(lǐng)域中的模型的構(gòu)建元素,能夠驗證和校驗?zāi)Ｐ偷谋磉_完整性。以作戰(zhàn)任務(wù)為核心,并結(jié)合兵棋推演平臺的仿真設(shè)計和推演模式特點,定義元模型的基礎(chǔ)組成元素有:1)目標(biāo);2)資源;3)任務(wù);4)戰(zhàn)場環(huán)境;5)狀態(tài)空間;6)事件;7)行動;8)交互。

圖3 作戰(zhàn)行動方案元模型

目標(biāo)是信息類實體,是執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)期望達到的作戰(zhàn)目的,也是衡量是否滿足作戰(zhàn)終止條件的重要條件,不同作戰(zhàn)行動所要達成的作戰(zhàn)目標(biāo)有所不同,例如“摧毀敵機XX架”,“攻占某一作戰(zhàn)區(qū)域”,“摧毀敵xx區(qū)域xx機場設(shè)施”等具體條目。資源是物理類實體,包括戰(zhàn)場所有可獲取的作戰(zhàn)單元和燃/油料,如坦克、飛機、艦艇等,其基本屬性包括行進速度、OODA周期、地理位置、功能狀態(tài)等。任務(wù)是信息類過程,指在一定的戰(zhàn)場環(huán)境和時空約束下,作戰(zhàn)單元為完成所承擔(dān)的責(zé)任或達到特定的作戰(zhàn)目的,而進行的一系列相互關(guān)聯(lián)的作戰(zhàn)行動的有序集合[17]。戰(zhàn)場環(huán)境是物理類實體,包括地形特點、氣象水文特點、電磁環(huán)境等,能夠影響武器裝備運作狀態(tài)。狀態(tài)空間是信息類實體,包括初始狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)和準(zhǔn)備就緒等,用于控制作戰(zhàn)行動的執(zhí)行。事件是信息類過程,是由一系列行動導(dǎo)致的某一狀態(tài)。交互由各連接表示,既可以表示某實體在某種條件下為完成某項任務(wù)的過程中與其他實體存在的協(xié)作、配合、掩護、攻擊等關(guān)系,也可以表達過程與過程之間、過程與對象之間的邏輯關(guān)聯(lián)。行動是信息類過程,行動集構(gòu)成一個作戰(zhàn)行動過程,可以看成是具有多屬性構(gòu)成的多元組,包括行動執(zhí)行的開始與結(jié)束時間、行動執(zhí)行先決條件和預(yù)期效果、行動序列以及行動過程輸入、輸出事件等。

3.2 面向兵棋推演的作戰(zhàn)行動方案建模需求

由美軍聯(lián)合作戰(zhàn)計劃制定流程(JOPP)七大步驟定義可知,其中第四步驟是要對選定的行動方案(COA)進行分析和兵棋推演,其過程如圖4所示,使指揮官、下級指揮官及各自參謀團隊更好地認(rèn)識和理解己方行動方案和方案中可能出現(xiàn)的威脅[17]。作戰(zhàn)行動方案建模是兵棋推演的指導(dǎo)基礎(chǔ),兵棋推演的主要目的是為了驗證通過實施既定方案能否達成預(yù)期目標(biāo),或方案設(shè)想的行動是否與實際戰(zhàn)場情況相符。在領(lǐng)會上級意圖和充分獲悉戰(zhàn)場態(tài)勢情報后,通過任務(wù)編輯設(shè)定驅(qū)動作戰(zhàn)行動進行。對作戰(zhàn)行動方案進行OPM建模,能夠完成在建模過程中進行方案分析,即:

?判斷如何最大化地發(fā)揮己方作戰(zhàn)效能,同時減少己方行動的風(fēng)險和損傷;

?預(yù)判真實作戰(zhàn)環(huán)境中出現(xiàn)的各類情況和潛在的應(yīng)對措施;

?判斷在何時、何處投入己方行動力量和資源;

?判斷要達成行動目標(biāo)和預(yù)期終止?fàn)顟B(tài)所需的力量和資源;

?針對性的情報收集、處理和分析需求;

?判斷行動方案的靈活性和容錯性。

圖4 行動方案的一般制定過程

3.3 基于OPM元模型的作戰(zhàn)行動方案建模方法

一般來說,支持兵棋推演的作戰(zhàn)行動方案包括作戰(zhàn)背景和環(huán)境、作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)行動。其中作戰(zhàn)任務(wù)是核心。如圖5所示,作戰(zhàn)任務(wù)以現(xiàn)階段作戰(zhàn)目標(biāo)為導(dǎo)向設(shè)定,通過偵察活動獲得全面的戰(zhàn)場環(huán)境信息,綜合研判戰(zhàn)場態(tài)勢,產(chǎn)生不同的事件觸發(fā)作戰(zhàn)任務(wù)在各個作戰(zhàn)階段的決策點上實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整。作戰(zhàn)任務(wù)的設(shè)計需要綜合考慮交戰(zhàn)重心、作戰(zhàn)條令和戰(zhàn)場資源分配等因素,通過行動集落實作戰(zhàn)任務(wù),行動集里的子行動按照既定作戰(zhàn)線和優(yōu)化的行動序列在既定的作戰(zhàn)行動范圍內(nèi)實施一系列行動,導(dǎo)致戰(zhàn)場態(tài)勢的轉(zhuǎn)變,推動作戰(zhàn)態(tài)勢由初始狀態(tài)向終止?fàn)顟B(tài)演進。

圖5 作戰(zhàn)行動方案OPM模型通用描述

本模型描述了一般通用作戰(zhàn)行動方案構(gòu)成,具體輸出/輸出需求和應(yīng)用背景可以根據(jù)具體作戰(zhàn)場景確定,為方便讀者理解本模型,與OPD圖相對應(yīng)的OPL自然語言描述如下:

戰(zhàn)場環(huán)境是屬于環(huán)境的,并且是物理實在的。

戰(zhàn)場環(huán)境影響偵察。

作戰(zhàn)狀態(tài)可處于初始或終止等狀態(tài)。

初始為初始狀態(tài)。

終止為最終狀態(tài)。

作戰(zhàn)編隊是物理實在的。

作戰(zhàn)編隊負(fù)責(zé)實施行動集。

作戰(zhàn)行動范圍是屬于環(huán)境的。

作戰(zhàn)線觸發(fā)行動集。

行動時間和節(jié)奏是決策點。

雙方重心是決策點。

戰(zhàn)場資源是物理實在的。

戰(zhàn)場資源是決策點。

作戰(zhàn)條令是決策點。

作戰(zhàn)任務(wù)包括行動集。

行動集需要作戰(zhàn)行動范圍與作戰(zhàn)線。

行動集將作戰(zhàn)狀態(tài)的狀態(tài)從初始改變?yōu)榻K止。

作戰(zhàn)任務(wù)需要作戰(zhàn)目標(biāo)。

作戰(zhàn)任務(wù)影響決策點。

偵察影響戰(zhàn)場環(huán)境。

偵察激活事件集。

事件集激活作戰(zhàn)任務(wù)。

通過定義的作戰(zhàn)行動方案通用模型與OPM語義定義的分析,其主要建模元素對應(yīng)說明如表2所示。

表2 主要建模元素對應(yīng)說明

4 空中協(xié)同打擊作戰(zhàn)行動方案案例分析

本文以一個Alpha Strike模擬演習(xí)為背景,作戰(zhàn)目標(biāo)設(shè)定為對紅方部隊(敵方)的B-17號靶場內(nèi)的機場和工廠目標(biāo)實施一次協(xié)同空中打擊。Alpha Strike在越南戰(zhàn)爭期間形成,因一艘航母甲板上所有的飛機參加打擊而得名。通過力量分析可知,紅方靶場區(qū)域海拔1250m,裝備有大量的華約組織現(xiàn)代化武器系統(tǒng)包含一線戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機和由早期預(yù)警雷達,機動防空和固定區(qū)域防空導(dǎo)彈構(gòu)成的地面防空系統(tǒng),具體包括:MiG-21和MiG-23戰(zhàn)斗機;SA-2, SA-3和SA-6地對空導(dǎo)彈(SAM);各種型號高射炮(AAA)和遠程早期預(yù)警雷達。我方的CVW-15中隊配有戰(zhàn)斗機,輕、中型攻擊機,加油機,預(yù)警和電子戰(zhàn)飛機,總計約有共40架作戰(zhàn)飛機可以使用。

4.1 基于OPM的作戰(zhàn)分析設(shè)計

圖6描述了這次作戰(zhàn)行動方案的頂層設(shè)計,以作戰(zhàn)任務(wù)為牽引,按照階段規(guī)劃設(shè)定防空作戰(zhàn)(AAW)任務(wù)、敵方防空火力壓制打擊(SEAD Patrol)任務(wù)、電子支援(Support)任務(wù)和對地打擊(Ground Strike)任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行的先后順序默認(rèn)按照由上到下,但也可以根據(jù)過程之間的邏輯連接關(guān)系有所調(diào)整。依據(jù)前文定義的作戰(zhàn)行動方案元模型,通過關(guān)聯(lián)加載能夠?qū)唧w的作戰(zhàn)行動方案進行實例化建模,并在元模型的定義基礎(chǔ)上進行隸屬驗證。如圖6所示,作戰(zhàn)資源對象映射元模型的資源,資源標(biāo)簽出現(xiàn)在作戰(zhàn)資源對象的左上角表明所屬元模型組件,這說明按照元模型定義,任務(wù)的執(zhí)行需要資源作為支撐手段,資源的性質(zhì)是實物隸屬系統(tǒng)類擁有公共域。當(dāng)前對陣方是CVW-15中隊,負(fù)責(zé)完成所規(guī)劃任務(wù),其偵察預(yù)警和先發(fā)制人的能力影響其任務(wù)完成的效果,在電子對抗支援任務(wù)的掩護下,通過防空作戰(zhàn)任務(wù)主要完成對敵方米格戰(zhàn)機的空中打擊,同時通過攻擊機編隊的敵方防空火力壓制任務(wù)壓制敵地空導(dǎo)彈,完成對地打擊任務(wù),實現(xiàn)摧毀敵地面標(biāo)定設(shè)施的作戰(zhàn)目標(biāo)。

圖6 Alpha Strike作戰(zhàn)行動方案頂層設(shè)計

具體展開防空作戰(zhàn)任務(wù)如圖7所示,前期作戰(zhàn)籌劃時需要提前依據(jù)飛行計劃給飛行編隊下指令進行飛行準(zhǔn)備,飛行編隊到達設(shè)定巡邏區(qū)域后執(zhí)行空中戰(zhàn)斗巡邏任務(wù),打開雷達進行一定范圍的目標(biāo)探測,當(dāng)發(fā)現(xiàn)不明目標(biāo)時依據(jù)探測信息綜合研判,實施空中攔截。本行動方案模型支持對關(guān)鍵組成構(gòu)建的再次展開。如圖8所示的F-14戰(zhàn)機展開圖,展示了進行作戰(zhàn)任務(wù)籌劃時需要考慮的資源信息情況,其OODA周期會依據(jù)不同階段作戰(zhàn)重心的不同有所調(diào)整,戰(zhàn)場環(huán)境情況也會對戰(zhàn)機的物理性能和信號特征等因素有具體影響。

圖7 防空作戰(zhàn)任務(wù)展開圖

圖8 F-14A戰(zhàn)機展開圖

4.2 兵棋推演仿真分析

本文使用國防科技大學(xué)楊峰教授領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)團隊開發(fā)的OCEAN仿真兵棋推演平臺進行方案推演驗證。OCEAN仿真兵棋推演平臺擁有廣泛而詳盡的模擬數(shù)據(jù)庫,忠于每項武器和傳感器的實際能力以及局限性,基于詳盡的空/海戰(zhàn)場建模和傳感器、物理、武器等損毀模型,能夠在任務(wù)編輯的驅(qū)動下完成逼真兵棋推演仿真。首先按照頂層方案模型進行任務(wù)編輯設(shè)定如圖9所示,對防空作戰(zhàn)任務(wù)進行編輯設(shè)定包括分配作戰(zhàn)資源、劃定作戰(zhàn)區(qū)域、確定編隊規(guī)模、啟動/完成時間和武器參數(shù)等。啟動推演進行后,作戰(zhàn)過程會按照任務(wù)設(shè)定展開,飛機準(zhǔn)備就緒就會按照飛行計劃起飛,前往作戰(zhàn)區(qū)域完成任務(wù),飛行航線既可以按照計劃腳本執(zhí)行,也能通過推演人員進行實時動態(tài)調(diào)整。例如開始推演時在任務(wù)編輯器里,根據(jù)OPM作戰(zhàn)行動方案模型設(shè)定第一個防空作戰(zhàn)任務(wù),結(jié)合空中打擊目標(biāo)的機動性特點選取F-14A戰(zhàn)斗機組成兩機編隊執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù),飛往作戰(zhàn)區(qū)域的過程中打開雷達實時探測,執(zhí)行既定作戰(zhàn)任務(wù)。

圖9 OCEAN仿真推演平臺任務(wù)編輯

在推演過程中,依據(jù)作戰(zhàn)行動方案模型進行任務(wù)設(shè)定,作戰(zhàn)單元能依據(jù)所屬任務(wù)自主執(zhí)行目標(biāo)探測、攻擊目標(biāo)和規(guī)避導(dǎo)彈等行動。同時可以通過事件編輯,當(dāng)戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)展到某一狀態(tài)時觸發(fā)該事件并執(zhí)行對應(yīng)行動,或及時調(diào)整任務(wù)設(shè)定,修改任務(wù)內(nèi)容。兵棋推演過程中的調(diào)整應(yīng)作為一種實際驗證反饋到行動方案模型中,修正模型的組成、邏輯和參數(shù)等元素,反復(fù)推演驗證。

最后得出部分推演結(jié)果如表3所示,推演過程如圖10所示。由最后的目標(biāo)摧毀情況和最終評分結(jié)果可知該方案充分完成既定作戰(zhàn)目標(biāo)。推演步驟和策略依據(jù)OPM作戰(zhàn)行動方案模型執(zhí)行,由推演記錄來看,按照OPM方案模型規(guī)劃的作戰(zhàn)任務(wù)進行推演,己方CVW-15中隊從一開始就擁有先發(fā)制人的作戰(zhàn)優(yōu)勢,處于連續(xù)得分狀態(tài),在作戰(zhàn)行動方案模型策略的指導(dǎo)下取得優(yōu)勝戰(zhàn)績,驗證了作戰(zhàn)行動方案模型的有效性。同時,從推演模擬的作戰(zhàn)消耗情況觀之,AGM-62B Walleye Ⅱ滑翔翼炸彈造價高昂,儲備數(shù)量有限,因此在確定行動方案的執(zhí)行情況具有明顯優(yōu)勢的前提下,應(yīng)改進方案模型中的掛載配置,降低己方損耗。定義的OPM作戰(zhàn)行動方案元模型約束了作戰(zhàn)行動方案中資源與任務(wù)的關(guān)系定義,即資源分配是任務(wù)設(shè)定實施的前提保證,同時也是作戰(zhàn)任務(wù)重要的輸入?yún)?shù)。

表3 部分推演評分記錄

推演完成驗證有效的作戰(zhàn)行動方案模型可以結(jié)構(gòu)化封裝作為作戰(zhàn)模型庫資源,當(dāng)有了同類型的作戰(zhàn)行動方案籌劃任務(wù),以模型庫中的行動方案模板為原型,結(jié)合具體實際修改模型參數(shù)即可快速設(shè)計新的作戰(zhàn)行動方案模型,指導(dǎo)推演進行。

圖10 OCEAN仿真推演平臺防空作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行過程

5 結(jié)束語

本文分析了作戰(zhàn)行動方案的建模要素,通過構(gòu)建基于OPM的作戰(zhàn)行動方案元模型,定義了以作戰(zhàn)任務(wù)為核心驅(qū)動的行動方案基本組成邏輯,提出面向輔助高層決策的作戰(zhàn)行動方案建模方法,支持兵棋仿真推演過程中的推演方案規(guī)劃,為實現(xiàn)作戰(zhàn)“設(shè)計—推演—優(yōu)化”大閉環(huán)提供一種可行思路。最后結(jié)合空中協(xié)同作戰(zhàn)案例驗證作戰(zhàn)行動方案模型的有效性,完成了作戰(zhàn)行動方案的設(shè)計到推演驗證過程。