Способ моделирования многоэтапного процесса развития и применения системы вооружения
SIMULATION METHOD OF MULTI-STAGE PROCESS OF DEVELOPMENT AND APPLICATION OF WEAPON SYSTEM

Изобретение относится к способам обработки цифровых данных для специальных применений в области прогнозирования и управления многоэтапными процессами, характеризующихся априорной неопределенностью ситуаций, возникающих при реализации их этапов.
Под системой вооружения понимается совокупность комплексов вооружения, находящаяся на оснащении, видов ВС, родов войск (сил флота), предназначенных для выполнения свойственных им стратегических, оперативных и боевых задач, включая одну из важнейших задач мирного времени - сдерживание агрессии (Техническое оснащение Вооруженных Сил Российской Федерации: организационные, экономические и методологические аспекты. - М.: Издательский дом «Граница», 2007. - 728 с, стр. 683). Соответственно под развитием некоторой системы вооружения понимается процесс создания ее новых элементов (образцов оружия и других технических средств), модификации существующих элементов и вывода из эксплуатации устаревших элементов. При этом следует учитывать, что процесс развития систем вооружения является многоэтапным, так как может включать множество итераций по созданию, модификации и вывода из эксплуатации ее элементов.
С учетом неопределенности условий обстановки, актуальной технической задачей является моделирование многоэтапного процесса развития и применения системы вооружения, направленное на формирование прогнозных (модельных) вариантов облика системы вооружения на некоторый заданный период времени и прогнозных (модельных) результатов ее применения в вооруженном конфликте.
Из уровня техники известны способы моделирования различных процессов, связанных с развитием и применением сложных технических систем, таких как системы вооружения.
Известен способ моделирования целевых программ создания технической системы (RU 2612462, 2017 г.), заключающийся в том, что осуществляют моделирование формирования базы данных объектов групп «Цели», «Исполнители», «Задачи», «Техническая система», «Ресурсы», моделирование анализа данных на полноту, моделирование доопределения данных об объектах, моделирование отношений, характеризующих различные виды взаимосвязи объектов групп «Цели», «Исполнители», «Задачи», «Техническая система», «Ресурсы», моделирование прогнозируемого изменения параметров объектов групп «Цели», «Исполнители», «Задачи», «Техническая система», «Ресурсы», моделирование результата реализации программы создания технической системы.
Недостатком данного способа является относительно узкая область применения, не позволяющая использовать его для моделирования процессов применения систем вооружения.
Также известен способ имитационного моделирования аварийно-восстановительных работ (RU 2531780, 2014 г.), предназначенный для расчета среднего времени до восстановления работоспособности технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ). Способ включает в себя методику определения среднего времени до восстановления технических средств ЖАТ и программный комплекс. Вводят постоянные данные об участке железных дорог, а также особенности климата представляют в виде элементарных массивов данных, каждый из которых соответствует блок-участку. Также вводят общие вспомогательные данные, включающие в себя время моделирования. После ввода данных начинают моделирование, заключающееся в формировании элементарных случайных событий -интервалов времени, приходящихся на различные операции с учетом законов распределения и постоянных данных об участке, взаимосвязи при реализации процесса технического обслуживания и ремонта технических средств ЖАТ, и последующем суммировании элементарных случайных событий с учетом вероятности повторного возникновения с целью получения многократных реализаций времени до восстановления для каждого блок-участка. В результате получения многократных реализаций времени до восстановления для каждого блок-участка вычисляют среднее арифметическое от всех реализаций времени определяется среднее время до восстановления технических средств ЖАТ на нем. Техническим результатом является получение оптимального значения среднего времени до восстановления технических средств.
Недостатком данного способа является относительно узкая область применения, не позволяющая использовать его для моделирования процесса развития и применения системы вооружения.
Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ оценки эффективности процесса разработки объектов военной техники (RU 2282243, 2006 г.), заключающийся в том, что формируют первый массив данных, включающих информационные сообщения о физико-географических условиях театра военных действий, и заносят его в базу данных компьютера, выделенные по запросу оператора данные из первого массива преобразуют в трехмерное изображение модели заданных физико-географических условий театра военных действий, после чего отображают полученную модель в первом окне экрана дисплея, формируют компьютерные модели объектов военной техники и заносят их в базу данных компьютера в виде второго массива данных, затем по выбору оператора во втором окне экрана дисплея отображают модели объектов военной техники в виде масштабного схематического представления, отличающийся тем, что задают первую цветокодовую шкалу преобразования физико-географических условий театра военных действий в изображение, которую используют при трехмерном изображении модели упомянутых заданных физико-географических условий театра военных действий, формируют третий массив данных об объектах военной техники, включающих потенциальные данные об их пространственно-временных и количественных характеристиках и о технико-экономических показателях их разработки, и заносят третий массив данных в базу данных компьютера, после чего на основе этих данных определяют значения показателей боевого воздействия каждого объекта военной техники, затем задают вторую цветокодовую шкалу преобразования показателей боевого воздействия, функционирования и представления каждой модели объекта военной техники в изображение, затем по выбору оператора во втором окне экрана дисплея отображают данные об объектах военной техники в виде соответственно табличного и/или графического представления, из второго и третьего массивов данных выделяют данные о двух заданных группах объектов военной техники, которые относят соответственно к первому и второму участникам военных действий, на основе которых формируют соответственно четвертый и пятый массивы данных, представляющие модели упомянутых двух участников военных действий, используя вторую цветокодовую шкалу, отображают модели упомянутых двух участников военных действий в виде изображения областей распространения боевого действия, функционирования и моделей объектов военной техники и, используя операцию масштабирования, совмещают это изображение с изображением первого окна, после чего воспроизводят этапы итерационного процесса боевого взаимодействия моделей упомянутых участников военных действий и отображают его на экране компьютера в первом окне, при этом на каждом этапе воспроизведения этого процесса формируют области боевого взаимодействия каждого объекта военной техники для каждого участника военных действий и анализируют наличие совпадений сформированных областей цветокодовых изображений первой и второй моделей участников военных действий, совпадения принимают за факты попадания в цель, фиксируют эти результаты наличия и отсутствие попаданий, по которым судят о результативности соответствующих объектов военной техники, и заносят в базу данных компьютера пространственно-временные и количественные показатели объектов военной техники с полученной результативностью для каждого участника военных действий, формируя шестой массив данных, после чего отображают на экране дисплея перечень этих данных в виде диаграмм и ранжируют по убыванию значений результативности пространственно-временные и количественные показатели объектов военной техники, содержащиеся в шестом массиве данных, затем из полученного ряда выделяют группу объектов военной техники, характеристики которых соответствуют извне заданным условиям выбора, из которых формируют седьмой массив данных, в который вносят данные технико-экономических показателей разработки соответствующих объектов, эти объекты военной техники относят к наиболее эффективным и на основании анализа эффективности технико-экономических показателей разработки выделенной группы объектов военной техники формируют восьмой массив данных об экономических показателях их разработки.
Недостатком данного способа является относительно узкая область применения, обусловленная тем что не учитывается возможное изменение условий обстановки, происходящие в процессе развития систем вооружения противоборствующих сторон на этапе мирного времени.
Требуемым техническим результатом является обеспечение возможности автоматизированного формирования прогнозных (модельных) вариантов облика системы вооружения и прогнозных (модельных) результатов ее применения в вооруженном конфликте.
Требуемый результат достигается за счет применения заявляемого способа, предусматривающего формирование первого массива данных, включающих информационные сообщения о физико-географических условиях театра военных действий, и занесение его в базу данных компьютера; формирование компьютерных моделей объектов военной техники и занесение их в базу данных компьютера в виде второго массива данных; формирование третьего массива данных об объектах военной техники, включающих потенциальные данные об их пространственно-временных и количественных характеристиках и о технико-экономических показателях их разработки, и занесение третьего массива данных в базу данных компьютера; выделение из второго и третьего массивов данных о двух заданных группах объектов военной техники, которые относят соответственно к первому и второму участникам военных действий, на основе которых формируют соответственно четвертый и пятый массивы данных, представляющие модели упомянутых двух участников военных действий; формирование шестого массива данных посредством занесения в базу данных компьютера пространственно-временных и количественных показателей объектов военной техники с полученной результативностью для каждого участника военных действий,
отличающегося от уже известных тем, что:
вводят в вычислительное устройство период времени на который производится моделирование; многократно, до достижения модельным временем заданного момента времени окончания моделирования, с применением специализированных вычислительных устройств осуществляют выполнение следующих операций: рассчитывают коэффициент соотношения боевых возможностей систем вооружения противоборствующих сторон, сравнивают значение коэффициента соотношения боевых возможностей систем вооружения противоборствующих сторон с критериальным значением данного показателя, рассчитывают вероятность выбора стороной А различных способов боевого применения системы вооружения для поражения стороны Б, рассчитывают вероятность выбора стороной Б различных способов боевого применения системы вооружения для поражения стороны А, моделируют результаты вооруженного конфликта, вводят вероятность выбора стороной А различных способов развития системы вооружения, вводят вероятность выбора стороной Б различных способов развития системы вооружения, моделируют посредством датчика случайных чисел реализацию одного из вариантов развития систем вооружения для каждой из противоборствующих сторон, моделируют реализацию мероприятий по развитию системы вооружения стороны А, моделируют реализацию мероприятий по развитию системы вооружения стороны Б, заносят в базу данных компьютера скорректированные значения массивов данных 1-6 и соответствующее модельное время, после достижения модельным временем заданного значения выводят через интерфейс вычислительного устройства данные о прогнозируемых характеристиках процесса развития и применения системы вооружения на заданный момент времени, включающих различные варианты облика систем вооружения противоборствующих сторон и вероятности их реализации.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем.
Многоэтапный процесс развития и применения системы вооружения представляется в виде совокупности показателей, отражающих его исходное состояние и состояние по результатам выполнения каждого из этапов. Согласно (Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10-ти томах. Т. 3. Эффективность технических систем. / Под ред. В.Ф. Уткина, Ю.В. Крючкова. М.: Машиностроение, 1988. 328 с., с. 35), операция, как процесс функционирования системы, описывается набором определенных параметров. Совокупность конкретных значений этих параметров в фиксированный момент времени называют состоянием системы. Функционирование системы есть процесс смены состояний. В каждый момент времени система может находиться только в одном состоянии. Состояние системы и внешней среды в определенный момент времени называют ситуацией. Оценка обстановки перед началом операции и в процессе ее проведения, прогноз в изменениях обстановки являются важными этапами принятия решений. Ситуация (обстановка), сложившаяся к исходу операции, обычно определяет фактический (реальный) результат операции.
Соответственно для достижения требуемого технического результата осуществляется прогнозирование развития ситуаций, соответствующих различным моментам времени на заданный временной горизонт, оценивание того, насколько они способствуют началу вооруженного конфликта, и прогнозирование результатов вооруженного конфликта в соответствующей ситуации. При этом считается, что возможность инициации вооруженного конфликта определяется величиной соотношения систем вооружения противоборствующих сторон.
Реализация предлагаемого способа осуществляется посредством выполнения следующих операций.
1. Формируют первый массив данных, включающих информационные сообщения о физико-географических условиях театра военных действий, и заносят его в базу данных компьютера.
2. Формируют компьютерные модели объектов военной техники и заносят их в базу данных компьютера в виде второго массива данных.
3. Формируют третий массив данных об объектах военной техники, включающих потенциальные данные об их пространственно-временных и количественных характеристиках и о технико-экономических показателях их разработки, и заносят третий массив данных в базу данных компьютера.
4. Из второго и третьего массивов данных выделяют данные о двух заданных группах объектов военной техники, которые относят соответственно к первому и второму участникам военных действий, на основе которых формируют соответственно четвертый и пятый массивы данных, представляющие модели упомянутых двух участников военных действий.
5. Заносят в базу данных компьютера пространственно-временные и количественные показатели объектов военной техники с полученной результативностью для каждого участника военных действий, формируя шестой массив данных.
6. Вводят в вычислительное устройство период времени на который производится моделирование.
7. Многократно, до достижения модельным временем заданного момента времени окончания моделирования, с применением специализированных вычислительных устройств осуществляют выполнение следующих операций:
7.1. Рассчитывают коэффициент соотношения боевых возможностей систем вооружения противоборствующих сторон.
Данный коэффициент может быть рассчитан как среднее значение некоторого показателя эффективности W, отражающего обобщенный результат вооруженного конфликта при условии применения стороной А стратегии ui, а стороной Б стратегии uj.
7.2 Сравнивают значение коэффициента соотношения боевых возможностей систем вооружения противоборствующих сторон с критериальным значением данного показателя.
Критериальное значение показателя определяет установленную степень превосходства боевых возможностей систем вооружения одной из противоборствующих сторон боевых возможностей другой стороны, при которой превосходящая сторона принимает решение о воздействии по противнику.
Например, если боевые возможности системы вооружения стороны А превосходят боевые возможности стороны Б в 3 раза, то сторона А начинает конфликт.
Данное значение может задаваться как вручную в ходе реализации предлагаемого способа, так и заранее устанавливаться в качестве параметра программно-аппаратного комплекса, используемого для моделирования в рамках реализации предлагаемого способа.
Если значение показателя не соответствует заданному (критериальному) значению, то сохраняют в запоминающем устройстве отметку о с указанием модельного времени и переходят к этапу 7.6.
Если значение показателя соответствует критериальному значениям, то сохраняют в запоминающем устройстве отметку о с указанием модельного времени и переходят к этапу 7.3.
7.3. Рассчитывают вероятность выбора стороной А различных способов боевого применения системы вооружения для поражения стороны Б.
Для выполнения указанной операции используются вычислительные системы, реализующие совокупность имитационных математических моделей объектов и процессов вооруженного противоборства, обеспечивающие проведение аналитико-имитационного пространственно-временного моделирования различных форм и способов ведения операций (боевых действий) в наземной, морской и воздушно-космической сферах межвидовыми группировками войск (сил) различной сложности с учетом их состава, структуры и детального поведения объектов при выполнении ими боевых задач.
В частности, реализация данной операции может производиться с применением способа и устройства выбора стратегии в боевых действиях разнородных группировок (RU 2467382, 2012 г.) либо других программно-аппаратных средств моделирования вооруженного конфликта.
7.4. Рассчитывают вероятность выбора стороной Б различных способов боевого применения системы вооружения для поражения стороны А.
Данная операция производится аналогично предшествующему этапу.
Результатом выполнения операций (7.3) и (7.4) является два множества оценок вероятностей реализации различных способов действия противоборствующих сторон.
7.5. Моделируют результаты вооруженного конфликта.
Для этого многократно, посредством датчика случайных чисел, производят случайный выбор способов действий противоборствующих сторон, с учетом рассчитанных вероятностей соответствующих способов. После этого рассчитывают значения показателей, характеризующих результаты вооруженного конфликта. Далее с применением статистических методов обработки информации обобщают полученные результаты.
7.6 Вводят вероятность выбора стороной А различных способов развития (модификации) системы вооружения.
Данные значения вероятностей отражают субъективную оценку целесообразности различных направления развития системы вооружения.
Например.
7.7. Вводят вероятность выбора стороной Б различных способов развития (модификации) системы вооружения.
7.8. Моделируют посредством датчика случайных чисел реализацию одного из вариантов развития систем вооружения для каждой из противоборствующих сторон.
7.9. Моделируют реализацию мероприятий по развитию системы вооружения стороны А.
Данная операция может выполняться посредством применения способа моделирования целевых программ создания технических систем (патент RU 2612462, 2107 г.), а также других устройств и способов, позволяющих получить прогнозные значения облика системы вооружения с учетом выполнения мероприятий по ее техническому оснащению.
Например, текущий облик системы вооружения включает 10 противоракет. Плановые мероприятия по развитию системы вооружения (согласно выбранному на предыдущем этапе варианту) предусматривают за 2 года замену имеющихся противоракет на 12 новых. Результатом моделирования, с учетом рисков превышения сроков выполнения плановых мероприятий, является прогнозный вариант облика системы вооружения через 2 года - 11 противоракет, через 3 года - 12 противоракет.
7.10. Моделируют реализацию мероприятий по развитию системы вооружения стороны Б.
Данная операция выполняется аналогичным образом.
7.11. Заносят в базу данных компьютера скорректированные значения массивов данных 1-6 и соответствующее модельное время.
8. После достижения модельным временем заданного значения выводят через интерфейс вычислительного устройства данные о прогнозируемых характеристиках процесса развития и применения системы вооружения на заданный момент времени, включающих различные варианты облика систем вооружения противоборствующих сторон и вероятности их реализации.
Таким образом, в результате применения предлагаемого способа осуществляется автоматизированное формирование прогнозных вариантов облика системы вооружения (с вероятностными оценками данных вариантов) и прогнозных результатов их применения в вооруженном конфликте, что соответствует заявленному техническому результату.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как основано на операциях, широко распространенных в автоматизированных вычислительных системах и системах управления, и может быть реализовано как в виде устройства со специализированными блоками, так и на основе персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением для осуществления предусмотренных функций.