ראינו, ב מאמר קודם, מהו מודל סימולציה וכיצד, עם הזמן, התרגול של מידול וסימולציה קיבל חשיבות גוברת בהקשרים שונים. הבה נתמקד כעת בשימוש הנוכחי של דוגמנות וסימולציות בעולם ההגנה.
מדוע משתמשים בסימולציות במגזר הביטחוני
נתחיל בבחינת מטרות הסימולציה. בקצרה אנו יכולים לומר שהיום אנו בעצם מדמים כדי להשיג אחד מאלה 4 שערים:
A) הכשרת אנשי צבא
B) מחקר ופיתוח אסטרטגיות/טקטיקות מנצחות בתרחישים ידועים
C) הגדרת המאפיינים של מערכות חדשות
D) אימות מערכות חדשות
בוא נראה להלן ("איור 1") ממה מורכבות ארבעת מימדי השימוש המפורטים למעלה. וכדי לעשות זאת, הבה נבחן סימולציה גנרית, זו של מערכת הגנה אווירית כמו זו בתרשים (ראה תמונה הבאה). זהו סכמטיזציה פשטנית מאוד המספקת דגם של פיקוד ושליטה (הראשון משמאל, באיור), דגם של משגר טילים, מכ"ם, טיל מיירט ואיום אפשרי (הריבוע הכחול האחרון ב- הדמות, בקצה הימני). מודלים אלו של אובייקטים אמיתיים מחוברים, בסימולציה, על ידי תשתית תקשורת (הגוש הכתום באיור) המסוגלת לגרום להם לתקשר זה עם זה על מנת לבנות סימולציה קוהרנטית אחת של אינטראקציה של מערכת ההגנה עם האוויר אִיוּם.
כדי להבין כיצד משתמשים בסימולציה להשגת יעד A, ההכשרת צוות1, אנו יכולים לתאר לעצמנו את הצורך במפעיל של מערכת הנשק שדגם בתרגיל לדוגמה (ראה תמונה הבאה "איור 2"). בואו נדמיין את זה באינטראקציה ישירה עם מודל הפיקוד והבקרה, בואו נדמיין שהסימולטור ניזון מתרחישי סימולציה טיפוסיים של התקשרות עם איום עוין ונניח שהמערכת מאפשרת לתעד את האינטראקציות של המפעיל ואת התוצאות של משימת ההתקשרות לפוסט-ניתוח שלאחר מכן של התנהגות המפעיל (בכמה מטוסים עוינים הוא הצליח להתחבר? באיזו תוצאה? איזה מפעיל היה טוב יותר עבור סט תרחישים נתון? למה?). בעולם יעד זה ידוע בשם חינוך, אימון, פעילות גופנית והערכה (ETEE).
כדי להבין כיצד משתמשים בסימולציה להשגת יעד ב', מחקר ופיתוח של אסטרטגיות/טקטיקות מנצחות בתרחישים ידועים, עלינו לדמיין שיש לנו נתונים מודיעיניים המאפשרים לנו ליצור מודל של מודל איום חדש. לגיטימי לשאול כיצד, בהיותם שיקולים שווים, ראוי להגדיר את המערכת כך שתגיב טוב יותר, כלומר תהיה יעילה יותר, לאיום מסוג זה: איך מסדרים את המשגרים? איך מסדרים את המכ"מים? איזו תורת אש יעילה יותר? מהי ההתנהגות הנכונה ביותר של המפעילים? סיטואציה דומה מסוכמת באיור הבא ("איור 3").
כדי להבין מדוע משתמשים בסימולציה להשגת יעד C, כלומר la הגדרת המאפיינים של מערכות חדשות, נוכל להתייחס שוב לתרחיש כמו זה שבתמונה הקודמת ("איור 3"). נניח שנהיה מודעים, באמצעות נתונים מודיעיניים, לאיום חדש מצד אויב פוטנציאלי. אנו מבצעים הדמיות עם דגמי מערכות הנשק העומדות לרשותנו ומגלים שהמערכת העומדת לרשותנו אינה מתאימה להבטיח לנו רמת הגנה מספקת מהאיום החדש. היכולת לרכוש לעצמנו מערכת נשק חדשה, או היכולת לפתח את הקיימת, לאיזה כיוון אנו נעים? האם יכול להספיק מכ"ם בעל ביצועים גבוהים יותר, המסוגל לראות את האיום מוקדם יותר וטוב יותר, או טיל יירוט שניתן לתמרן יותר, או מסוגל להגיע לגבהים/מרחקים מוגברים בהשוואה לקיים? כדי לענות על שאלות אלה, ולאחר מכן לפרט בקשה להצעה למערכת מתקדמת ומוטבת שתענה על הצרכים החדשים של הכוח המזוין, סימולציה היא כלי מאוד שימושי ולעתים קרובות שאין לו תחליף.
ולבסוף, בואו ננסה לדמיין כיצד מערכת סימולציה יכולה להיות שימושית להשגת יעד D, כלומר la אימות מערכות חדשות. בהמשך לדוגמא הקודמת, נוכל לנסות לדמיין שלמעשה קיבלנו מערכת (או תת-מערכת) משופרת על מנת להתמודד עם סוג חדש של איום. בהנחה שהמערכת שהחלטנו לרכוש היא מכ"ם חדש, אנו יכולים לדמיין כי בנוסף לרדאר עצמו ניתן לספק גם דגם של המכ"ם, דגם המתאים להיות חלק מהסימולציה שלנו2. עם מודל זה ניתן להפעיל מחדש את הסימולציה כדי לאמת את הביצועים של המערכת המשופרת הסופית ולאחר מכן לאמת את המערכת עצמה על מנת לוודא את ההתאמה האפקטיבית לצורך להתמודד עם האיום שהתפתח (ראה תמונה הבאה "איור 4" ).
מקרה נוסף שנופל תחת מטרה D הוא זה של שילוב מערכת מורכבת הדורשת פיתוח מאפס. בדרך כלל, בעת תכנון מערכת חדשה לחלוטין, אנו מתחילים בתכנון סימולציה גלובלית של המערכת עצמה שמטרתה לכוונן את הדרישות המפורטות ולפתח את האלגוריתמים של כל תת-מערכת (בדיוק המצב של הסכמה הראשונה של המאמר). לאחר השלמת הפיתוח, תת-המערכות השונות ייווצרו למעשה עם ה-HW האמיתי (לפחות בצורת אב טיפוס), אבות הטיפוס הללו מוחלפים, תחילה אחד בכל פעם (ראה תמונה הבאה "איור 5"), ואז בהדרגה כולם, לתתי המערכות שנוצרו במקור בסימולציה. במילים אחרות, הסימולציה הופכת לכלי בדיקה, אימות ואינטגרציה אמיתיים שימושיים לאימות עד כמה תת-המערכת שנוצרה סוטה מזו שהושגה במקור (המושג HW in the loop).
סוגי סימולציה
ישנן דרכים רבות להבדיל בין סוגי הסימולציות המשמשות ב-Defense. הבחנה קלאסית היא בין סימולציות קונסטרוקטיביות, וירטואליות וחיות:
- בונה: סימולציה שבה מדומים הן המערכות והן ההתנהגות של מפעילי יחידות (מפעילים שהתנהגותם מיוצגת על ידי מודלים)3. מערכת הסימולציה כמו זו ב"איור 3" יכולה להגיב לסוג זה של הגדרה, אם נדמיין שהתערבות אנושית מגבילה את עצמה לשינוי מה שזוהה כ"נתוני תצורה" (למשל על ידי החלטה על פריסת האלמנטים ב- קרקע או להחליט על הופעתו ברגע מסוים במהלך הדמיית איום שיש לו התנהגות קבועה מראש). בסימולציה בונה הכל למעשה מדומה (בדרך כלל באמצעות מחשב), ואין אלמנט אמיתי שמקיים אינטראקציה עם הסימולציה.
- וירטואלי: במקרה הזה יש לנו סימולציה של מערכות הנשלטות על ידי אנשים אמיתיים (Human in the Loop). מה שמתואר ב"איור 2" יכול להיות דוגמה טובה.
- לחיות: במקרה הזה, בנוסף למקרה הווירטואלי, אנחנו יכולים לקבל גם מערכות אמיתיות (כפי שכבר ציינו, הקונספט הוא של HW in the loop). קחו למשל את המקרה של "איור 6" (תמונה הבאה) שבה במקום מכ"ם מדומה, יש לנו מכ"ם אמיתי המסוגל לשלוח נתונים לפקודה ובקרה המדומים, ומאפשר לקלוט גם אמיתי וגם סימולציה (Sim מעל בשידור חי).
לסיווג שנחשף זה עתה יש ערך היסטורי (הוא מופיע במסמכים הראשונים של ה-DOD USA מתחילת שנות ה-90) אך כיום הוא נראה, במובנים רבים, מיושן. עם זאת, ניתן לעשות כמה שיקולים לגבי התצורות השונות.
סימולציה בונה בהחלט מבטיחה תוצאות שניתנות לחזרה, היא זולה יחסית מהאחרות (אין אובייקטים אמיתיים, הכל מדומה במחשבים) ומתאימה יותר ללימוד ההתנהגות התיאורטית של המערכת המודגם (למשל: הגדרת הדרישות, הגדרת אסטרטגיות, הערכת חולשות). נאמנות תלויה בדיוק של המודלים המשמשים בסימולציה עצמה.
אבל ככל שמכניסים אלמנטים לא מדומים (כלומר אופרטורים אמיתיים, כמו במקרה של סימולציה וירטואלית; או מערכות אמיתיות בסימולציה חיה) יכולת החזרה של הסימולציה קשה יותר, אם לא בלתי אפשרית לחלוטין להשגה. אבל ייצוגיות, לעומת זאת, משפרת והופכת את הסימולציה למתאימה יותר למטרות שונות, כמו אלה של אימות מערכת חדשה או הכשרת מפעילים.
כמו כן, אנו מזכירים בקצרה את הטכנולוגיה של תאומים דיגיטליים, פשוטו כמשמעו "תאומים דיגיטליים", המורכבת מיצירת עותקים וירטואליים ודיגיטליים של אובייקטים אמיתיים, עותקים המסוגלים לעצב בצורה מתאימה את ההיבטים הסטטיים והדינמיים. עותקים דיגיטליים אלו מסוגלים להשפיע כמובן על הסימולציה שבה הם פועלים, אך גם להעביר כמה אפקטים/תוצאות של הסימולציה אל האובייקט האמיתי שהם עותקים שלו. זוהי מעין אלטרנטיבה למצב ב"איור 6": במקום לגרום לסימולציה ליצור אינטראקציה עם אובייקט אמיתי המשאיר אותו בעולם האמיתי, האובייקט האמיתי עובר טרנספוזיציה לעולם המדומה על ידי החלפתו ב"תאום הדיגיטלי" שלו. .
לבסוף, יש לשקף כיצד, עם התקדמות הטכנולוגיות העדכניות ביותר ועם המטאוורס בשערים, ייצוג "דמות 7" (התמונה הבאה) מתאים, מה שמראה לצד הסיווג המסורתי (החלק התחתון של דמות), חפיפה של מושגים של מציאות מעורבת, אליהם עלינו להתרגל יותר ויותר (לדיון על נקודות המבט של המטא-ברס כדאי לקרוא את המחקר Ref. 2).
איור 1: השוואה בין המושגים של מציאות מעורבת (סעיף א) והדמיות (סעיף ב). מקור: נ"צ 3
מעניין גם סיווג המבדיל סימולציות על סמך הקטגוריה ההיררכית של המערכות המדומות. "איור 8" (התמונה הבאה, נלקחה מ-Ref. 3) מייצגת באופן סינתטי היררכיה של סוגי הסימולציה השונים, תוך הדגשת רמות הצבירה, הרזולוציה/נאמנות, אזור הפעולה המדומה (ומראה, למשל, כמה סימולציות ידועות בתחום ההגנה של ארה"ב).
הדוגמה שלנו ל"דמות 1" תמוקם ברמת הצבירה הלפני אחרונה, זו "המשימה". ברמה הנמוכה ביותר (מעורבות) אפשר לדמיין את הדגם של מיירט בודד, או של מכ"ם. ברמה עוד יותר נמוכה (הנדסה) יש את דגמי המשנה (לדוגמה: המודל של מחפש4 של טיל).
הרמות הממוקמות בהמשך, ב"איור 8", מתאימות יותר להשגת יעדים C ו-D (הגדרת דרישות ואימות) ומסיבה זו הן נקראות רמה "הַנדָסָה".
ה"איור 8" מציג לנו, באופן טבעי, להתייחס לנושא של יכולת פעולה הדדית. יכולת פעולה הדדית היא מושג רחב, ומבטאת את יכולתה של מערכת לקיים אינטראקציה נכונה עם מערכות אחרות. יכולת פעולה הדדית הפכה מזמן לדרישה שמערכות נשק חייבות לעמוד בה, והיא תנאי הכרחי ליכולות התומכות ברשת ופעולות מרובות דומיינים. אם מצד אחד מערכות הנשק חייבות לקיים אינטראקציה זו עם זו, ברור באותה מידה, אפילו רק בהסתכלות על "איור 8", שגם ההדמיות (או ליתר דיוק: המודלים שעליהם מבוססות ההדמיות) חייבות לעשות זאת, הן לצורך בצבירה של מודלים שונים בסימולציה המתחשבת במערכות מדומה שונות המקיימות אינטראקציה, הן לצורך בשימוש חוזר במודל5.
דוגמה שקל להבין היא של המודל של האובייקטים המחייה את מרחב הקרב: אם מערכת רואה איום מסוים, מערכת הפרוסה בקרבת מקום חייבת לראות את אותו איום (אלא אם כן המאפיינים השונים של החיישנים).
מתוך שיקול זה אנו מבינים שעולה הצורך להגדיר א) שפה לחילופי נתונים מדומים וב) ארכיטקטורת SW המאפשרת לסימולציות השונות לפעול הדדית. כדי לפתור סוג זה של בעיות, כגון אלה של אובייקטים מאגדים ברמה היררכית שונה, אנו יכולים כעת לשקול את שני ה- DIS (סימולציה אינטראקטיבית מבוזרת, תקן IEEE לביצוע סימולציות בין פלטפורמות) שה-HLA (אדריכלות ברמה גבוהה, שהוא התקן האדריכלי לתכנון סימולציה מבוזר).
(המשך)
קרא את החלק הראשון"מהם מודלים של סימולציה: מקור ואבולוציה"
קרא את החלק השלישי"מהם מודלים של סימולציה: מרכזי סימולציה באיטליה וברחבי העולם"
ריפרימינטי
1 מבוא לדוגמנות וסימולציה, אנו מריה
2 Metaverse וביטחון לאומי, המכון האיטלקי למחקרים אסטרטגיים, פאביו ואנוריו
3 אתגרים פתוחים בבניית מערכות סימולציית לחימה לתמיכה במבחן, ניתוח והדרכה, כנס סימולציית חורף 2018 (WSC), אנדראס טולק - ריימונד ר. היל - דאגלס ד. הודסון - ג'רמי ר. מילאר
הערות
1 מושג דומה הוא זה המוגדר באנגלית במונח "חזרה על משימה", כלומר הוכחה למשימה
2 גרסאות שונות של המודל מוזמנות לרוב מהספק, שנועדו לשקף את התקדמות תכנון המשנה. באופן זה ניתן לקבל החזרות ביניים, לפני שחרור פרויקט הגמר, על מנת שניתן יהיה לוודא את תקפות האבולוציות המבוקשות ובמידת הצורך, לתקן אותן בשלב התכנון של המוצר החדש. , כאשר עלות השינויים עדיין סבירה.
3 התנהגות המפקדים המוטלים על הפעלת פונקציית הפיקוד והבקרה של היחידות התלויות אינה מדומה
4 תת-מערכת המעקב אחר מטרות
5 בכל מקרה, יש להיזהר משימוש חוזר במודלים של סימולציה, ולהזהיר את הקורא שלא תמיד ניתן לעשות שימוש חוזר במודלים שנוצרו עבור שתי הדמיות של רמות היררכיות שונות, או אפילו של אותה רמה היררכית. ישנן בעיות ברמת נאמנות, דרישות ביצוע ועוד, שלעתים קרובות הופכות שימוש חוזר לבלתי אפשרי. זה נפתר על ידי פישוט המודל, או על ידי עיצוב מחדש שלו, או אפילו פשוט על ידי שימוש בנתונים מהסימולציה המדויקת יותר בהקשר של סימולציה ברמה גבוהה יותר.
צילום: חיל האוויר האמריקאי / מחבר
