美军作战仿真系统建设发展及启示

冯伟强，严宗睿

(海军指挥学院,江苏 南京 210016)

在多年的作战训练和实验研究活动中,美军以建模仿真技术为支撑,构建了纵向贯穿战略、战役、战术、技术层次,横向覆盖作战分析、军事训练和装备采办多个领域的作战仿真系统体系,组成了较为完善的作战仿真实验平台,在军事理论创新、作战计划推演评估以及人员训练中发挥了重要作用,对我军有一定的启示,值得我们深思和借鉴[1-2]。

1 美军作战仿真系统建设发展情况

1.1 美军当前主要作战仿真系统

美军构建的众多作战仿真系统由战区/战役级、任务/作战级和工程/交战级三级层次组成。根据系统应用领域划分,典型的仿真系统[3-5]有:

1)作战概念开发类系统。主要有联合战区级仿真系统(JTLS)、联合半自动兵力系统(JSAF)、移动导弹定位与攻击仿真系统(SLAMEM)、战场综合演练场(STOW)以及联合冲突和战术仿真系统(JCATS)等。运用上述系统,美军先后论证了“空地一体战”、“全频谱作战”、“网络中心战”、“快速决定性作战”等理论和思想。

2)战略问题分析类系统。除了前面提到的JTLS系统外,在针对台海问题进行的“恐怖的海峡”系列实验中使用的兰德战略评估系统(RSAS)、MARKII战略模型和联合集成应急模型(JICM)以及国防部长办公室牵头开发的联合分析系统(JAS)、海军分析中心的海军仿真系统(NSS)、国家下一代兵棋仿真系统(NWARS NG)等都是美军进行战略分析的主要平台。

3)作战方案评估类系统。海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中,美军多次运用了联合作战仿真系统(JWARS,注:JAS前身)、扩展防空仿真系统(EADSIM)等进行作战方案与作战计划的拟制和优选。还有空战仿真系统(AWSIM)、新一代半自动化兵力仿真系统(OneSAF)等也能为战法研究提供辅助支持。

4)支撑部队训练类系统。美军从联合、合成到连、排层次都有相应的系列仿真系统,如:联合仿真系统(JSIMS)、军团作战模拟系统、战术仿真系统(TACSIM)、战斗勤务支援训练模拟系统、战士仿真系统(WARSIM 2000)、旅/营战斗模拟系统、虚拟指挥官训练系统(VLET)、两面神系统和光谱系统等。

5)检验装备效能类系统。见诸于国内刊物的有:网络战仿真系统(NETWARS)、卫星仿真系统(STK)、在海军“寂静铁锤”实验中使用的多任务ISR测试床系统以及专用于工程建设与战术分析的联合建模与仿真系统(JMASS)等。

1.2 美军主要作战仿真支撑技术

在开发各类应用系统的同时,美军非常重视基础通用领域的技术框架和标准体系建设,包括DIS 2.X系列标准、HLA高层体系架构、BOM建模方法、TENA、JLVC联邦等。这些基础通用领域域的成果为美军作战仿真系统的不断发展提供有力支撑。

平台成立对行业发展有三个重要意义：第一，长江经济带生态环境的保护，磷资源的高效利用是关键，国家今后对磷资源的利用将越来越重视；第二，我国磷矿资源在世界上占比不大，且以中低品位为主，而国际上的大部分装备、技术都是为高品位磷矿设计，平台设立对中国农业可持续发展有重要意义；第三，中国农业未来在资源和环境约束方面面临的最大挑战是磷资源的合理利用，从技术角度说，磷的科学应用难度更大，一旦造成面源污染后的治理难度更大。

1)试验与训练使能体系结构(TENA)[6]。TENA是在HLA基础上专门针对试验训练领域的特点开发的,其主要目的是给试验和训练靶场及其用户带来成本更低的互操作能力。TENA 通过“逻辑靶场”的概念来促进试验和训练的集成。类似于HLA,TENA也定义了规则、元对象模型、应用与中间件的接口规范。但TENA针对试验与训练领域的特定需求对HLA进行了扩展,提供了更多试验和训练所需的能力。

2)联合训练支撑技术JLVC[7]。为了结合实兵训练(Live),虚拟训练(Virtual Simulation)、推演模拟(Constructive Simulation)三种训练样式的优势,美军提出组建JLVC联邦作为联合训练技术支撑环境。依托JLVC技术,可以将多个推演仿真系统、C4I系统以及模拟器组成分布式系统,共同支持联合训练。JLVC联邦的核心技术是基于云使能的模块化服务(CEMS),通过数据服务代理和云使能环境,提供丰富的模块化服务单元。随着服务的扩展与成熟,最终形成一个完全由模块化服务单元构成的训练仿真平台。

3)联合数据工程(JDS)[8]。JDS最初的建设目的是为已有战役级模拟系统的开发和应用提供数据,并支持联合作战推演分析系统(JWARS)的开发和应用。在建设运用中,JDS逐步扩展到能够支持国防部范围内的兵力结构评估、作战概念和条令开发以及采办等领域的分析活动。其主要使命包括数据辨识和采集、校核与研制以及管理与分发。目前,JDS能够为多层次、多部门、多领域的应用提供数据支撑,建立了联合层面的数据体系和共享机制。

1.3 美军下一代作战仿真系统发展趋势

通过对上述系统以及最新研究成果、规范与条令的分析,可以看出其发展的方向集中在以下几个方面:

1)在系统应用方面,强调对联合作战背景下各类问题的模拟仿真,要求能够支持跨地域、长时间、多实体、虚实结合的作战训练与实验。

3)在数据建设方面,完善数据管理体制,强化对数据采集分析、融合处理、可视化显示以及远程异地海量数据交互等技术的研究。

4)在模型建设方面,重视规范和标准的制定,对模型可信度(VVA)控制、多分辨率建模方法以及不同分辨率模型间交互等问题开展广泛探索。

2 美军作战仿真系统建设发展主要特点

2.1 注重需求牵引

国防部是美军作战实验的主要责任机构,领导责任之一就是制定军队发展构想以作为作战训练和实验的需求牵引。美军的大多数作战仿真系统都是以国防部或各军兵种提出的军事需求为依据进行建设的。如在JWARS系统的建设之初,美国国防部就明确了其主要用于当前及今后军方在各种军事行动中进行联合作战分析。而在《2010联合构想》和《2020联合构想》颁布后,为遵从构想所提出的军队发展方向,美军各军兵种建设的仿真系统都开始向以自身军种为主,其他军种为辅的联合作战实验系统转型。

2.2 注重技术创新

美军作战仿真系统的技术水平一直处于领先地位,发展过程中提出的多项技术体系、标准、框架都已成为作战仿真系统发展史上的里程碑。例如:其提出的DIS、ALSP等互联和聚集协议,HLA高层体系结构规范,多种分布交互式仿真技术,TENA体系架构,以及美国国防分析研究所在最近的报告中指出的未来要利用面向服务的体系架构(SOA)、网络中心的数据集成和具有无缝互操作能力的LVC仿真环境等。这些技术创新引领了作战仿真系统从单独系统到复杂、跨地域、跨军种、跨平台、多功能联合作战系统的跨越发展。

2.3 注重体系配套

经过几十年的实践,美军已经建立了较为完善的作战实验系统体系配套。主要表现在对作战仿真系统相关软、硬件的建设与管理、作战实验建模与仿真的规范、实验数据的支持与应用等方面。具体来说，美国国家模拟中心与作战部队或训练基地一起负责系统软件的安装与升级,系统运行相关的专业技术服务、计算机设备和通信网络等支持;国防部、参联会、各军种作战司令部的一名副职主管负责制定与建模仿真相关的政策法令和技术标准;国防部、国家模拟中心和各军兵种司令部及其相关作战实验室负责基础数据的提供以及实验数据的采集、分析与具体应用。

2.4 注重多军兵种联合

随着新作战样式的出现,为解决联合作战环境与联合作战行动一体化建模的要求,美军非常注重建设多军兵种联合的作战仿真系统。其中的代表就是前面提到的JMASS、JTLS、JWARS等联合层面的仿真系统。现阶段,美军仿真界的研究成果也集中于实现多军兵种仿真系统的集成方面。如JLVC联邦就是针对美陆、海、空军已有的仿真系统、实兵系统,解决系统之间数据的相互识别,多系统联合运行的逻辑合理性和开放的自由组合性等问题而产生的。

2.5 注重滚动发展

美军的各型仿真系统建设大都采用“边建设、边使用、边部署、边改进”的策略。以美军JTLS系统为例,在建设之初并不是按照大型仿真系统来设计的,而是在长达30年历程中,通过边建边用和以用促建的滚动式发展而来的。其开始之初只是一个简称为MTM的“帮助陆军处理应急作战计划”的小模型。通过美军装备司令部和陆军军事学院的要求,以及R&W公司的逐年持续改进,直到2004年才发布了3.0版本,逐步发展成为美军中发展最成熟、使用最广泛的一套大型仿真系统。

3 对我作战仿真系统建设的启示

3.1 军事需求牵引和信息技术创新[9]是作战仿真系统建设发展的基本前提

作战仿真系统的军事需求论证实际也是对未来作战实验能力和运行方式的总体设计,应由军事人员在系统分析和研发人员的配合下,从未来作战实际需要出发,以作战样式、装备发展和信息技术发展为依据,综合考虑作战目标、研究对象、仿真内容、组织方式等因素,对作战仿真系统提出目标要求、能力需求和信息关系等要素。军事需求是作战仿真系统建设的前提和基础,对系统的开发、研制起着导向、牵引、检验作用。在美军OneSAF的研制中,从项目概念设计到开发使用,军方相关单位全程参与,负责指导军事需求的定义和军事需求文档的拟制,确保各类军事应用领域需求在实验平台概念设计和实施阶段得到充分体现。

相比其他信息系统的军事需求而言,作战仿真系统的军事需求更具现实性、综合性、复杂性和发展性等特征,为此,在军事需求的论证中,必须加强“统”的力度,即：一要明确论证主体,着重培养一支指技结合的专业化作战实验军事需求研究力量,避免目前普遍存在的由系统研制人员“越俎代庖”的现象;二要充分论证,着眼“战争从实验室打响”、“新理论从实验室孕育”的目标,论证系统的功能组成和各项指标需求,确保未来系统建成后能够用得上、用得好;三是要制定规范,着力构建作战仿真军事需求体系框架,采用作战概念图和需求文档等形象、直观、规范的形式化描述手段,规范需求描述的标准要求,各类作战仿真系统军事需求必须按照统一要求进行清晰、准确、规范的描述,并纳入军事需求库,确保后续版本升级和持续深化研究。

除军事需求外,信息技术是作战仿真系统建设的另一块基石。从集中式到分布式,从DIS(分布式交互仿真)到HLA(高层体系结构),从CMMS(任务空间概念模型)到AGENT(智能体),从CGF(计算机生成兵力)到JSAF(联合半自动化兵力),美军在作战仿真系统领域取得的卓越成就,无不依仗其领先的信息技术。从我军情况来看,在作战仿真系统自主研发水平,特别是作战模拟技术开发和应用平台建设上,距离实战化训练和研究的要求仍有很大差距。为此,在后续的建设中,我军应注重发挥“后发优势”,紧紧围绕战法研究、方案评估等需要,力争在仿真模型体系建立、仿真数据资源建设、海量仿真数据挖掘分析、大型作战仿真平台体系结构等关键和核心领域取得创新突破,发挥作战仿真的应有效用。

3.2 军民融合和资源共享是作战仿真系统建设发展的有效途径

作战仿真系统是信息技术密集型信息系统,涉及软件工程、建模仿真、网络通信、数据库、虚拟现实、人工智能等多个技术领域,且有巨量信息资源需求,需要整合军内乃至国家相关部门多专业多领域的信息资源。从美军系统建设实践来看,军方人员除担负项目管理,把握项目的进度和目标管理外,在研发过程中还承担先期设计、功能验证和关键模型研制等任务,参与人员主要来自军事训练、作战分析、装备研究等对建模仿真有需求的领域;而项目的大量技术实现,数据库维护和技术测试等工作,则主要由各军工企业及民营公司完成。从我们国内情况来看,目前民用高新技术企业已发展到8万多家,产值过亿的超过1500家,在许多领域的技术实力和研发能力处于世界先进水平。而且,相当数量的地方工业部门、民营科技公司在作战模拟和军事运筹等方面进行了深入研究,逐步积累了仿真建模的核心技术,取得了不少前沿成果。长远来看,在作战仿真系统建设中,进行军民一体联合攻关,充分发挥军地优势,是推动系统建设又好又快发展的必由之路。

但也必须看到,军民融合开展作战仿真系统建设,是一项长期的系统工程。与其他军用装备系统建设不同,作战仿真系统的研制开发任务目前主要由军内科研院所承担,而非军工企业,民营高科技公司的参与更是凤毛麟角。因此,作战仿真系统领域的军民融合实现跨越式发展,必将面临许多困难和挑战。首先，必须转变思想观念,充分认识到民技军用是信息时代军用信息系统发展的时代潮流和必然选择,必须在思维上拆除军民之间的“围墙”;其次，必须明确军民各方职责分工,军民融合不是军方当甩手掌柜,简单地将项目承包给民营企业了事,而是需要切实发挥军地双方各自优势。军民融合发展中,由于军工企业或地方民企技术单位的积极参与,未来作战仿真系统的技术架构、资源类型、应用形式必将更加丰富,必然对军方的需求论证、重点模型研发、数据资源整合、应用模式创新提出更高要求,因此,军民融合后的作战仿真系统建设,对军方来说,不是担子轻了,而是职责更明确、要求更高;再次,在军民融合机制建设上,作为上级机关和项目建设的管理层,应着力建立一种机制,形成信息发布、市场准入、招标采购、绩效评估、风险管控和安全保密等标准要求,同时在保护产权的基础上提倡成果共享,从而避免低水平重复建设,在军内外形成强强联合,资源优化组合的良好氛围,这样,我军的作战仿真系统军民融合建设道路才能越走越宽。

3.3 顶层谋划和组织管理是作战仿真系统建设发展的重要保证

建设作战仿真系统,不仅要服务于“今天”的战争,更要服务于“明天”的战争,因此顶层谋划和组织管理显得尤为重要,总的来说就是要回答“建什么”、“怎么建”和“怎么用”的问题[10]。

“建什么”主要聚焦建设内容。需要站在新时代军事战略方针和新军事变革的角度,从全军层面对作战仿真体系进行整体设计。着眼今后一个时期内我军建设发展水平和可能作战任务,针对各层级、各领域作战仿真需求确立系统的基本框架结构,标准体系和重点发展领域,明确对作战仿真条件的基本要求,构建我军特色的新一代作战仿真体系建设路线图,并在此基础上进行资源配置。从美军实践来看,其在全军范围内推动的一系列全局性工程,包括各军种系统综合集成计划以及JDS(联合数据系统)、JAS(联合分析系统)以及JSIMS(联合仿真系统)等基础性工程和“联”字系列通用平台,对全美军的仿真系统建设起到了带动和引领作用。

“怎么建”主要聚焦项目建设或关键技术攻关的组织管理机制。为满足未来全军联合作战仿真训练与实验的需要,必须建立组织领导机制,成立作战建模与仿真的常设管理机构,根据重大项目或重点技术领域设立总体单位,从数据资源、仿真模型到系统体系架构制定一系列标准,面向各研发单位定期发布项目指南并评估建设成效,并为所有参研单位提供指导和帮助,逐步在全军范围内实现“统一标准、集优开发、全军共享”的良性管理机制。回看历史,美军在作战仿真的建设上也一波三折,也曾长期受困于“政出多门、各自为战、重复建设”等问题。为此,美国防部统一了领导机制,成立了国防部各部门高级代表组成的国防部建模与仿真执行委员会,负责有关政策法规、经费投向以及标准架构的倡议。

“怎么用”主要聚焦作战仿真系统的实际应用,达到以用促建的目的。当前,我军普遍存在作战仿真系统应用水平低、重建轻用、建管用衔接不紧的问题,很大程度上又制约着建设水平的提高。为此,必须在仿真系统的规范化应用、常态化应用和实战化应用上下功夫,区分作战理论研究、战法训练评估、人员军事训练等各类活动,分别建立相应规范体系,使系统的组织使用和训练考核有相应的规定和标准,逐步将作战仿真系统的组织运用纳入军事训练与考核内容,从制度上约束作战仿真系统的集成运用,从而提高使用系统的意识和能力。

4 结束语

本文通过对美军当前作战仿真系统建设发展情况及未来发展趋势的分析,对我军作战仿真系统建设具有较好的启示,能够让我们在充分吸取其成功经验的基础上少走弯路。我军在今后的作战仿真系统建设与发展过程中,应当紧密结合自身实战化需求、充分运用军民资源融合、严格把控系统建设规划管理,只有这样才能使得我军作战仿真系统建设水平能够尽快地达到和赶超世界先进国家水平。