forkredit.com | | vivaspb.com | finntalk.com

Історія використання імітаційного моделювання для практики підготовки військ

Імітаційне моделювання військовими фахівцями використовується вже досить давно. Велику кількість концепцій, які використовуютьсяв імітаційному моделюванні сьогодні, було сформульовано і застосовано тисячі років тому. Багато сучасних високотехнологічних розробок у галузі імітаційного моделювання є похідними від старих “низькотехнологічних” концепцій.

Так, наприклад, археологи знайшли фігурки воїнів на території сучасного Іраку, де колись знаходилось Шумерське царство. Ці фігурки належать до періоду 2500 р. до н. е. і використовувались для військових ігор. Однією з перших таких ігор вважається Вей-Чі (Оточення), яку розробив китайський стратег Сунь Цзи (сучасна версія цієї гри називається Го). Через 1200 років було розроблено гру під назвою Чатуранга. Вважається, що саме ця гра стала основою різних форм шахів.



Більш серйозний погляд на використання імітаційного моделювання для військових потреб сформувався у ХVІІ-ХІХ ст.ст. Так, у 1664 р. у Німеччині Кристофер Вайкманн розробив військово-стратегічну гру, яка називалася Koenigspiel (Королівська гра). З кожного боку було по 30 фігур та 14 різних ходів, які вони могли здійснювати. Приблизно в 1780-му, Гельвіг, головний паж Герцога Ганноверського, розробив гру “Kriegspiel”, ігрові фігури якої відображали різноманітні військові одиниці (піхоту, кавалерію, важку і легку артилерію тощо), а не лише окремих солдат. Ігрове поле складалося з 1666 квадратів, при цьому різними кольорами відображалися різні види місцевості.

У 1811 р.  Пруський барон фон Райсвітц видав книгу  Kriegspiel (Воєнна гра). Він замінив ігрову дошку Koenigspiel піщаним ігровим полем (трьохвимірний макет місцевості), використовував гральні кості для визначення результату стрільб, а також звернув особливу увагу на ті частини своєї книги де йшлося про підрахунок якості результатів гри. У 1824 р. його син вдосконалив гру, замінивши піщане ігрове поле картою. Фон Райсвітц-молодший переробив правила гри, щоб більш повно відобразити особливості бою того часу, а також ввів червоний та синій кольори для відображення сторін, концепцію, яка і досі застосовується у військових іграх. У грі фон Райсвітца був задіяний суддя, який вирішував суперечки та визначав втрати сторін.

Вайкманн пропонує Королівську гру (Koenigspiel) 1664
Гельвіг винаходить Воєнну гру (Kriegspiel) 1780
- На основі шахів, по 30 фігур з кожної сторони, 1666 квадратів
Райсвітц заміняє дошку воєнної шахової гри 1811-1824
Переносна дошка з піском, розміром 15x 15 см,
яка імітувала місцевість
Детальні топографічні карти
Запропоновано нові концепції
Фігури з різними позначками визначаютьодиниці та ширину фронту.
Сценарій рекомендації щодо часу та відстані, пересувань.
Якісні аспекти військових можливостей.
Зведення до системи військового досвіду та ефективності бойових дій .
Правила для великої кількості різних ситуацій.
Підраховуються результати бою; результат стрільби вирішується за допомогою “костей”

1780-ті – розуміння основних концепцій ІМ
Агрегування (декілька ігрових символів = багато одиниць)
Відображення місцевості (багатокольорова сітка)
Правила пересування
Судді оцінюють дії гравців
Війну зменшено до базових концепцій та правил
Зростання довіри до спрощень та припущень
Відмінності в імітації морського та сухопутного бою

Подальший розвиток концепція використання імітаційного моделювання у військовій справі набула у 1879 році, коли майор армії США Джеймс Лівермор висловив думку про те, що війна -  це щось більше, ніж просто бій, і представив похідну від гри Kriegspiel. В цьому варіанті зверталась увага на такі елементи, як логістика, а також стомленість військ, іншими словами – на суб’єктивні аспекти бою.

Лейтенант Тоттен, ще один офіцер армії США, що служив разом з майором Лівермором, вважав, що між веденням війни на різних рівнях існує велика різниця. Саме тому він створив ієрархію, в якій з простого випливає складне. Він запропонував розрізняти різні рівні ведення війни (технічний, тактичний, оперативний та стратегічний). Це була одна з дуже важливих концепцій, перша ідея про ієрархію моделей, яку ми використовуємо і сьогодні.

Майор Лівермор пропонує в США поліпшену версію гри “Kriegspiel” (1879)

  • Більш досконалі фігури; підрахунок витрат
  • Спроби врахувати “людський фактор” (час, втома)
  • Зростає складність, штучність, час і кошти для підготовки та проведення гри

Головним підсумком першого етапу розвитку імітаційного моделювання є те, що воно набуває статусу складової успіху ведення бойових дій.
Початок XX століття ознаменувався вибухом концепцій імітаційного моделювання, і військові ігри почали використовуватись багатьма націями на декількох рівнях.
Навіть у Японії вивчали європейські технології військової гри. Роботи фон Мекеля було перекладено японською і вони використовувались в японській армії, а також у  Військовій академії Японії. Перемога Японії в російсько-японській війні 1904 року частково приписувалася використанню військових ігор.
Керівництво Генерального штабу Німеччини використовувало військові ігри та імітаційне моделювання для розроблення мобілізаційного плану у Першій світовій війні.


Пруське стратегічне ІМ (планування мобілізації для 1-ї СВ)


У 1916 році було розроблено рівняння Ланчестера, що дозволило, за досвідом Першої Світової війни, звести в систему результати вогню та ураження цілей для того, щоб прогнозувати рівень втрат. Це був один з перших прикладів використання теорії дослідження операцій у військових цілях.

 

Рівняння Ланчестера зводить в систему результати вогню (1916)


Провідні військові фахівці все частіше використовували моделі для розіграшу майбутніх бойових дій. Так, Японія використовувала імітаційне моделювання не лише готуючи напад на Китай у 30-х роках XX століття, а й під час підготовки нападу на американський Тихоокеанський флот у Перл-Харборі. Крім того, було проведено військову гру для підготовки до битви біля Мідуей, яка стала зламом Тихоокеанської кампанії у Другій світовій війні. Поразка японців біля Мідуей була зумовлена помилками в часових розрахунках, що вилилось в невигідне розташування японських авіаносців. При цьому таке невигідне розташування було передбачене у військовій грі, але під час бою вища ланка командування не звернула на це увагу.

Японці використовують ІМ для вивчення та планування (1930-ті)


Німці використовували імітаційне моделювання для військово-політичних ігор в основних кампаніях, а також під час підготовки операцій з використанням “вовчих зграй” підводних човнів для того, щоб зрозуміти, яка буде реакція світового співтовариства на їх дії. В той же час британці проводили військові ігри з використанням аналітичних технологій оперативного дослідження для боротьби з німецькими підводними човнами в Атлантичному океані.

Німці розробляють політично-військову гру; використовуються різноманітні форми ІМ (1930 - 1945 рр.)


Союзники використовували військові ігри в розробленні планів висадки у Франції з метою відкриття Західного фронту в Європі. Оперативне дослідження з неінженерними одиницями було вперше проведено військовими аналітиками для розробки тематичних військових ігор в рамках планування дня висадки союзних військ на Атлантичному узбережжі Європи (6 червня 1944). Німці збудували свою оборонну стратегію, зібравши передових генералів за лінією фронту і залучивши їх до військової гри, після чого генерали повинні були написати бойові накази, базуючись на отриманій інформації.

В 60-х роках ХХ століття зростає використання імітаційного моделювання в багатьох видах військових ігор і в процесах розроблення різноманітної продукції. Науково-технічний прогрес зумовив виникнення потужної обчислювальної техніки, яка ідеально підходила для потреб імітаційного моделювання. IBM 7070 була першою великою ЕОМ, що могла підтримувати використання ІМ.

Комп’ютер IBM 7070 (1961)


У 1964 році Військово-морський коледж США замінив “аналогові” військові ігри їх цифровими версіями і провів першу віддалену військову гру. Військові аналітики США вірили в те, що імітаційне моделювання може врахувати всі важливі аспекти, що належать до оперативного планування. Під час війни у В’єтнамі американці зробили з кількісного аналізу самоціль, що вкрай негативно вплинуло на процес прийняття рішень.

ІМ використовувалося американцями під час війни у В’єтнамі


В 60-х роках ХХ століття було розроблено декілька цікавих проектів. В цей період було створено аналітичну модель CARMONETTE, яка використовувалася армією США. Але після кожного використання цю систему потрібно було розбирати і збирати по-новому, тому що її основою було апаратне, а не програмне забезпечення. Тим не менш її широко використовували для аналізу рентабельності і оперативної ефективності, до того ж це був досить потужний аналітичний засіб, який допоміг ще більше інтегрувати ІМ і аналітичну діяльність у процес підготовки збройних сил.

Аналітична модель CARMONETTE (1961): Аналіз коштів і оперативної ефективності для підтримки визначення цілі


Для відображення процесів наведення на ціль для наземних РЛС було розроблено алгоритми сектору огляду. Було створено метод візуалізації місцевості (цифрова місцевість) для того, щоб провести імітацію посадки на Місяць до втілення цього проекту в життя. Були й інші цікаві розробки, які вплинули на майбутнє використання імітаційного моделювання у військовій справі. ВМС США розробили для підготовки авіадиспетчерів “симулятор”, який відображав на екранах радарів літак, що наближається.

Наведення на ціль

Навчання

Розроблено алгоритми сектору огляду (1961)

Один з перших файлів цифрової місцевості (1963): розроблений в рамках американської програми підготовки космонавтів


Ще одним із значних етапів розвитку імітаційного моделювання була система ARPANET. Це був проект, який фінансувався Міністерством Оборони США, в рамках якого пізніше було розроблено систему обміну пакетами, що в свою чергу,  дозволило здійснювати обмін інформацією між чотирма навчальними закладами в режимі реального часу. Міністерство оборони США хотіло об’єднати локальні мережі у широку мережу, а також створити національну мережу командування і управління, яка б могла функціонувати навіть при знищенні певних її вузлів в результаті ядерної війни. Хоча ARPANET сама по собі не була ні моделлю, ні тренажером, вона допомогла створити структуру обміну інформацією, яка була необхідна для розподілених навчань імітаційного моделювання.
 

Мережа Агенції розробки передових проектів ARPANET (1969)

Профінансовано Оборонним відділом США
Науково-дослідні експерименти, розробка та випробовування мережевих технологій
Перша мережа поєднувала чотири комп’ютери – хости в чотирьох різних університетах
Винайдено Інтернет

 

 


У 1982 році збройні сили США почали використовувати SIMNET, поєднавши декілька тренажерів віртуальної реальності. Пізніше їх поєднано на основі мережі ARPA з високими пропускними можливостями, яка могла підтримувати велику завантаженість мережі на великій відстані.
SIMNET було першою демонстрацією великої кількості тренажерів середньої цінової категорії, що працювали разом в рамках високошвидкісних мереж. Таким чином, було створено віртуальне поле бою, на якому оператори могли відпрацьовувати пересування, ведення вогню і підтримання зв’язку зі збереженням реалістичності. SIMNET ознаменувало народження розподіленого імітаційного моделювання. Всього було створено 240 таких тренажерів. Велика кількість цих машин, яким вже по 20 років, і сьогодні використовується в лабораторіях.

1978: розширення ARPANET Ідеальні умови для мережі розподіленого ІМ
Створено достатню кількість доступних систем
1983: створено програму SIMNET
Народження розподіленого ІМ
Прототип великомасштабного розподіленого навчання ІМ в Міністерстві оборони США

Тактичний тренажер для об’єднаних родів військ (CATTS) був прототипом для Системи бойової підготовки сухопутних сил (ARTBASS), яку було прийнято на озброєння у 1986 році як першу повністю автоматичну, секретну систему ІМ. (Примітка: хоча назви дуже схожі, CATTS -  це не те ж саме, що CATT, існуюча родина віртуальних тренажерів бойової техніки).
Навчання, що проводилося за використання системи CATTS у Форті Стюарт було одним з перших прикладів проведення навчання для бойового штабу на полігоні. Це було перше навчання з використанням імітаційного моделювання, в якому на один телевізійний екран було виведено карту місцевості з розгорнутими на ній силами, при цьому тактична ситуація на екрані постійно змінювалася. Детальну інформацію від тренажеру імітаційного моделювання тактичний штаб отримував у формі донесень, тобто так, як це відбувається у реальних операціях. Штаб реагував на повідомлення від тренажеруа шляхом оцінки оновленої тактичної ситуації, запитував поповнення запасів для військ і поповнення особового складу, здійснював управління веденням вогню і маневри, розподіляв ресурси і оновлював плани. Така успішна демонстрація здатності комп’ютерів створювати реалістичне навчальне середовище для підготовки штабів поклала початок тактичним і оперативним навчанням, що проводяться в США і сьогодні.

24-та піхотна дивізія Форт Стюарт

У Форті Стюарт, США, проведено перше польове навчання з використання тренажера ІМ Середовище командного пункту CATTS) 1987


В середині 1980-х був пік навчань НАТО під назвою REFORGER (повернення військ до Німеччини), до яких було залучено близько 90 000 військовослужбовців. Передислокація цілих американських дивізій на територію Німеччини була дуже дорогою. Наприклад, союзники іноді були вимушені платити по 50 мільйонів доларів за пошкодження, завдані під час проведення навчань (так звані “збитки від маневрів”).
Під час навчання REFORGER 89 було передислоковано приблизно 10 000 військових, решту ж було “імітовано”. В результаті “збитки від маневрів” було оцінено лише в один мільйон доларів.

Навчання НАТО проводяться за допомогою ІМ


Динаміку змін витрат на проведення навчань REFORGER зображено на рисунку


Імітаційне моделювання використовувалось в процесі підготовки і під час проведення першої військової операції в Перській затоці “Буря у пустелі”. Генерал Салліван, колишній начальник штабу сухопутних сил США, наказав, щоб хід операції “Бій за 73 східну довготу” було задокументовано, застосовуючи технології імітаційного моделювання (наприклад SIMNET, ODIN) для майбутнього використання в навчаннях.
Були випадки, коли тренажери неправильно використовувались для проведення аналізу. Для обмеження випадків використання тренажера з метою, для якої він не призначений, необхідне більш глибоке його знання. На цей час для проведення оперативних військових ігор застосовуються конструктивні тренажери.

ІМ в операції “Буря в пустелі”


Протокол тренажерів об’єднаного рівня (ALSP) дозволяв несумісним тренажерам підтримувати зв’язок між собою за допомогою спільного протокольного інтерфейсу, що базується на повідомленнях. ALSP допоміг об’єднати у спільну мережу декілька конструктивних тренажерів приблизно таким же чином, як і DIS.

Отже, стало можливим поєднання тренажерів різних рівнів, що представляють окремі сегменти поля бою. Це допомагає створити спільне середовище для проведення великомасштабних навчань.

Поєднано тренажери ІМ Армії США
REFORGER 92 (НАТО) та Ulchi Focus Lens 92 (Півд. Корея)
3 типи тренажерів ІМ (реальні, віртуальні, конструктивні)


В 1994 році міністр оборони США визнав, що військові системи мають бути більш гнучкими, з можливістю до розширення, мати різні конфігурації і в такий спосіб задовольняти потреби, що змінюються. Можливою відповіддю на це питання є використання готових комерційних (COTS) інструментів, технологій і бізнес-технологій.
Сучасні тренажери імітаційного моделювання практично всі підтримують протокол HLA (Архітектура високого рівня), який є стандартом для поєднання декількох комп’ютерних тренажерів імітаційного моделювання таким чином, щоб вони могли працювати разом і здійснювати обмін інформацією. Замість того, щоб створити з самого початку велику монолітну систему імітаційного моделювання, HLA дозволяє вам поєднати існуючі системи імітаційного моделювання з новими системами. HLA дозволяє вам використовувати існуючи системи для виконання нових задач. Також ви можете поєднати декілька мов програмування і операційних систем. HLA заміняє такі більш ранні стандарти, як DIS і ALSP.
Тренажери імітаційного моделювання стають все краще і краще – зростає рівень деталізації і достовірності. Так, наприклад, ефект часткової втрати видимості, а також спосіб подолання цього ефекту  використовується для підготовки пілотів гелікоптерів перед відправкою їх до Афганістану.


 

Використання готових комерційних тренажерів

Приділяється увага розробці інструментів ІМ, які будуть:

- оперативно сумісними;

 - складатися з модулів;

- придатними до повторного використання.

Імітація часткової втрати управління

для підготовки пілотів

AH-64 до дій в Афганістані

HLA (Архітектура високого рівня) визнана

стандартною технічною архітектурою

для оперативної сумісності тренажерів ІМ


Таким чином, ми розглянули як імітаційне моделювання вдосконалювалося з часом і зараз перетворилося на технологію з потужними можливостями щодо відтворення реальних подій на полі бою. В останній час імітаційне моделювання стало невід’ємною частиною міжнародних навчань, аналізу й інших елементів середовища оперативної підготовки. Враховуючи перспективи імітаційного моделювання, можна зазначити, що воно буде продовжувати відігравати важливу роль в майбутньому  за умови  максимального використання його можливостей та визнання його обмежень.

  • Logo 1

  • Logo 3

  • Logo 4

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5

  • Logo 5