紀(jì)夢(mèng)琪,董 倩,秦茂森,楊 峰

(國(guó)防科技大學(xué),湖南長(zhǎng)沙 410073)

作戰(zhàn)行動(dòng)方案兵棋推演是在作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施前,按作戰(zhàn)計(jì)劃順序和進(jìn)程,逐步對(duì)各個(gè)作戰(zhàn)階段中作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動(dòng)所造成的狀態(tài)進(jìn)行演練的過程[1],其本質(zhì)是一種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。兵棋推演系統(tǒng)作為輔助指揮官進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)策略決策的重要手段正得到日益廣泛的運(yùn)用。美軍的聯(lián)合作戰(zhàn)計(jì)劃程序JOPP給出了制定作戰(zhàn)計(jì)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(jì)算機(jī)兵棋推演進(jìn)行COA推演前準(zhǔn)備階段一般進(jìn)行大量繁雜的推演想定編輯,主要包括:對(duì)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(duì)陣時(shí)間(回合數(shù))、勝負(fù)評(píng)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(jì)和規(guī)劃,缺少基于頂層任務(wù)分析的作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型驅(qū)動(dòng)推演進(jìn)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(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)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(duì)象、活動(dòng)和過程關(guān)系。通過作戰(zhàn)行動(dòng)方案建模,能夠使指揮員及各級(jí)參謀人員以系統(tǒng)工程視角設(shè)計(jì)推演作戰(zhàn)行動(dòng)方案,為進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)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(jī)制嚴(yán)格復(fù)雜不便于實(shí)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(cuò)誤且不利于模型構(gòu)建的整體性表達(dá)等。

本文以O(shè)PM為建模框架,面向兵棋推演應(yīng)用實(shí)踐,構(gòu)建作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型,以作戰(zhàn)任務(wù)為核心,分析界定了作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)概念的作戰(zhàn)行動(dòng)方案建模方法,支持推演作戰(zhàn)行動(dòng)方案的頂層設(shè)計(jì),表達(dá)簡(jiǎn)潔清晰,層次關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。最后以空中協(xié)同作戰(zhàn)案例結(jié)合仿真推演平臺(tái)對(duì)方法進(jìn)行演示驗(yàn)證。

1 相關(guān)概念

1.1 作戰(zhàn)行動(dòng)方案要素分析

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

1)作戰(zhàn)實(shí)體:是執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)、完成作戰(zhàn)行動(dòng)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(shí)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(dòng):在特定戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下作戰(zhàn)實(shí)體實(shí)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(dòng)作和過程。動(dòng)作是對(duì)任務(wù)空間中實(shí)體執(zhí)行的原子的任務(wù)活動(dòng)的描述。過程可以表示為一個(gè)四元組[8]:

PROCESS::=

其中,E表示執(zhí)行動(dòng)作的實(shí)體,{Ac}是動(dòng)作的集合,{Proc}是子過程集合,ProSeq是動(dòng)作和動(dòng)作、動(dòng)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(gè)實(shí)體在某種條件下為完成某項(xiàng)任務(wù)與其他實(shí)體存在協(xié)作、配合、掩護(hù)、攻擊等關(guān)系造成事件發(fā)生。一個(gè)事件往往和行動(dòng)、實(shí)體狀態(tài)的變化,態(tài)勢(shì)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(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)體執(zhí)行的各作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)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(jì)劃可推、方案不可推”的爭(zhēng)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(jì)到推演的連貫分析方法,無法在方案層次進(jìn)行策略研究,只能形成作戰(zhàn)計(jì)劃輸入逐條指令才能進(jìn)行仿真推演。針對(duì)單方戰(zhàn)術(shù)級(jí)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(shí)施為主線,進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)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(jí)的兵棋推演的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下三方面:

1)在信息關(guān)注點(diǎn)方面,除了關(guān)注戰(zhàn)場(chǎng)整體作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)外,更關(guān)注作戰(zhàn)單元自身的運(yùn)動(dòng)、武器裝備等狀態(tài)信息,以及這些信息與戰(zhàn)場(chǎng)中其他平臺(tái)之間及自身任務(wù)之間的關(guān)系[10];

2)在作戰(zhàn)實(shí)體關(guān)注點(diǎn)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(shí)際態(tài)勢(shì)及時(shí)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(dòng)。

1.3 OPM建?？蚣苤С謨?yōu)勢(shì)

本文提出的面向兵棋推演的行動(dòng)方案建模方法需滿足以下內(nèi)容:1)建模機(jī)制支持模型全生命周期的修改、擴(kuò)展以及元模型定義;2)支持對(duì)模型的邏輯校驗(yàn)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(jiǎn)潔易懂。

為支撐相應(yīng)的方法要求,同時(shí)滿足指揮參謀人員推演決策指揮意圖與模型知識(shí)邏輯一致性等,滿足上述要求,本文選擇對(duì)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(dòng)方案推演案例建模方法,主要優(yōu)勢(shì)有:

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

2) OPM不僅支持圖形化的建模語言,還可以對(duì)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(jì)思維,能夠?qū)訉悠饰鱿到y(tǒng)模型至核心,同時(shí)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(jì)問題;

4) OPM是ISO公開可用規(guī)范(PAS),即ISO19450國(guó)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(duì)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(dá)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(dòng)方案從任務(wù)分析、頂層籌劃到推演反饋、驗(yàn)證修正全周期建模。同時(shí),在行動(dòng)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(duì)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(duì)象:以矩形符號(hào)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(hào)描述,是對(duì)象的轉(zhuǎn)變形式,是唯一可以引起對(duì)象生成或消失并改變對(duì)象狀態(tài)的建模元素,過程的發(fā)生需要消耗時(shí)間,至少需要與一個(gè)對(duì)象相連。

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

結(jié)構(gòu)連接:表達(dá)了在兩個(gè)對(duì)象或兩個(gè)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(duì)象的轉(zhuǎn)換,包括過程產(chǎn)生對(duì)象、過程消耗對(duì)象以及過程改變對(duì)象的狀態(tài);

2)對(duì)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(jià)的表達(dá)方式,分別是OPD(Object-Process Diagram)和OPL(Object-Process Language)[13],如圖2所示。每個(gè)OPM建模元素都對(duì)應(yīng)到一個(gè)OPD符號(hào)和OPL中明確的語義,通過編輯OPD進(jìn)行可視化概念建模的同時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生基于嚴(yán)格語義定義的OPL,與OPD元素一一對(duì)應(yīng)。

圖2 OPD和OPL的模型表示

同時(shí),OPM模型通過組織分層對(duì)象過程圖(OPDs)的三個(gè)機(jī)制來降低系統(tǒng)的復(fù)雜性:

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

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

3)激活或未激活對(duì)象包含的狀態(tài)集。

OPM模型支持對(duì)象和過程不同層次的展開和折疊機(jī)制,能夠逐層對(duì)模型進(jìn)行細(xì)化剖析。

3 基于OPM的作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)概念元模型的作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型。該模型界定了作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)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(yàn)證和校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋磉_(dá)完整性。以作戰(zhàn)任務(wù)為核心,并結(jié)合兵棋推演平臺(tái)的仿真設(shè)計(jì)和推演模式特點(diǎn),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(chǎng)環(huán)境;5)狀態(tài)空間;6)事件;7)行動(dòng);8)交互。

圖3 作戰(zhàn)行動(dòng)方案元模型

目標(biāo)是信息類實(shí)體,是執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)期望達(dá)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(dòng)所要達(dá)成的作戰(zhàn)目標(biāo)有所不同,例如“摧毀敵機(jī)XX架”,“攻占某一作戰(zhàn)區(qū)域”,“摧毀敵xx區(qū)域xx機(jī)場(chǎng)設(shè)施”等具體條目。資源是物理類實(shí)體,包括戰(zhàn)場(chǎng)所有可獲取的作戰(zhàn)單元和燃/油料,如坦克、飛機(jī)、艦艇等,其基本屬性包括行進(jìn)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(chǎng)環(huán)境和時(shí)空約束下,作戰(zhàn)單元為完成所承擔(dān)的責(zé)任或達(dá)到特定的作戰(zhàn)目的,而進(jìn)行的一系列相互關(guān)聯(lián)的作戰(zhàn)行動(dòng)的有序集合[17]。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是物理類實(shí)體,包括地形特點(diǎn)、氣象水文特點(diǎn)、電磁環(huán)境等,能夠影響武器裝備運(yùn)作狀態(tài)。狀態(tài)空間是信息類實(shí)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(dòng)的執(zhí)行。事件是信息類過程,是由一系列行動(dòng)導(dǎo)致的某一狀態(tài)。交互由各連接表示,既可以表示某實(shí)體在某種條件下為完成某項(xiàng)任務(wù)的過程中與其他實(shí)體存在的協(xié)作、配合、掩護(hù)、攻擊等關(guān)系,也可以表達(dá)過程與過程之間、過程與對(duì)象之間的邏輯關(guān)聯(lián)。行動(dòng)是信息類過程,行動(dòng)集構(gòu)成一個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)過程,可以看成是具有多屬性構(gòu)成的多元組,包括行動(dòng)執(zhí)行的開始與結(jié)束時(shí)間、行動(dòng)執(zhí)行先決條件和預(yù)期效果、行動(dòng)序列以及行動(dòng)過程輸入、輸出事件等。

3.2 面向兵棋推演的作戰(zhàn)行動(dòng)方案建模需求

由美軍聯(lián)合作戰(zhàn)計(jì)劃制定流程(JOPP)七大步驟定義可知,其中第四步驟是要對(duì)選定的行動(dòng)方案(COA)進(jìn)行分析和兵棋推演,其過程如圖4所示,使指揮官、下級(jí)指揮官及各自參謀團(tuán)隊(duì)更好地認(rèn)識(shí)和理解己方行動(dòng)方案和方案中可能出現(xiàn)的威脅[17]。作戰(zhàn)行動(dòng)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(yàn)證通過實(shí)施既定方案能否達(dá)成預(yù)期目標(biāo),或方案設(shè)想的行動(dòng)是否與實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)情況相符。在領(lǐng)會(huì)上級(jí)意圖和充分獲悉戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)情報(bào)后,通過任務(wù)編輯設(shè)定驅(qū)動(dòng)作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行。對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)方案進(jìn)行OPM建模,能夠完成在建模過程中進(jìn)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(shí)減少己方行動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)和損傷;

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

?判斷在何時(shí)、何處投入己方行動(dòng)力量和資源;

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

?針對(duì)性的情報(bào)收集、處理和分析需求;

?判斷行動(dòng)方案的靈活性和容錯(cuò)性。

圖4 行動(dòng)方案的一般制定過程

3.3 基于OPM元模型的作戰(zhàn)行動(dòng)方案建模方法

一般來說,支持兵棋推演的作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)。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(dòng)獲得全面的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息,綜合研判戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),產(chǎn)生不同的事件觸發(fā)作戰(zhàn)任務(wù)在各個(gè)作戰(zhàn)階段的決策點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。作戰(zhàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮交戰(zhàn)重心、作戰(zhàn)條令和戰(zhàn)場(chǎng)資源分配等因素,通過行動(dòng)集落實(shí)作戰(zhàn)任務(wù),行動(dòng)集里的子行動(dòng)按照既定作戰(zhàn)線和優(yōu)化的行動(dòng)序列在既定的作戰(zhàn)行動(dòng)范圍內(nèi)實(shí)施一系列行動(dòng),導(dǎo)致戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的轉(zhuǎn)變,推動(dòng)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)由初始狀態(tài)向終止?fàn)顟B(tài)演進(jìn)。

圖5 作戰(zhàn)行動(dòng)方案OPM模型通用描述

本模型描述了一般通用作戰(zhàn)行動(dòng)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(chǎng)景確定,為方便讀者理解本模型,與OPD圖相對(duì)應(yīng)的OPL自然語言描述如下:

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是屬于環(huán)境的,并且是物理實(shí)在的。

戰(zhàn)場(chǎng)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(duì)是物理實(shí)在的。

作戰(zhàn)編隊(duì)負(fù)責(zé)實(shí)施行動(dòng)集。

作戰(zhàn)行動(dòng)范圍是屬于環(huán)境的。

作戰(zhàn)線觸發(fā)行動(dòng)集。

行動(dòng)時(shí)間和節(jié)奏是決策點(diǎn)。

雙方重心是決策點(diǎn)。

戰(zhàn)場(chǎng)資源是物理實(shí)在的。

戰(zhàn)場(chǎng)資源是決策點(diǎn)。

作戰(zhàn)條令是決策點(diǎn)。

作戰(zhàn)任務(wù)包括行動(dòng)集。

行動(dòng)集需要作戰(zhàn)行動(dòng)范圍與作戰(zhàn)線。

行動(dòng)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(diǎn)。

偵察影響戰(zhàn)場(chǎng)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(dòng)方案通用模型與OPM語義定義的分析,其主要建模元素對(duì)應(yīng)說明如表2所示。

表2 主要建模元素對(duì)應(yīng)說明

4 空中協(xié)同打擊作戰(zhàn)行動(dòng)方案案例分析

本文以一個(gè)Alpha Strike模擬演習(xí)為背景,作戰(zhàn)目標(biāo)設(shè)定為對(duì)紅方部隊(duì)(敵方)的B-17號(hào)靶場(chǎng)內(nèi)的機(jī)場(chǎng)和工廠目標(biāo)實(shí)施一次協(xié)同空中打擊。Alpha Strike在越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間形成,因一艘航母甲板上所有的飛機(jī)參加打擊而得名。通過力量分析可知,紅方靶場(chǎng)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(jī)和由早期預(yù)警雷達(dá),機(jī)動(dòng)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(jī);SA-2, SA-3和SA-6地對(duì)空導(dǎo)彈(SAM);各種型號(hào)高射炮(AAA)和遠(yuǎn)程早期預(yù)警雷達(dá)。我方的CVW-15中隊(duì)配有戰(zhàn)斗機(jī),輕、中型攻擊機(jī),加油機(jī),預(yù)警和電子戰(zhàn)飛機(jī),總計(jì)約有共40架作戰(zhàn)飛機(jī)可以使用。

4.1 基于OPM的作戰(zhàn)分析設(shè)計(jì)

圖6描述了這次作戰(zhàn)行動(dòng)方案的頂層設(shè)計(jì),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(duì)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(dòng)方案元模型,通過關(guān)聯(lián)加載能夠?qū)唧w的作戰(zhàn)行動(dòng)方案進(jìn)行實(shí)例化建模,并在元模型的定義基礎(chǔ)上進(jìn)行隸屬驗(yàn)證。如圖6所示,作戰(zhàn)資源對(duì)象映射元模型的資源,資源標(biāo)簽出現(xiàn)在作戰(zhàn)資源對(duì)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(shí)物隸屬系統(tǒng)類擁有公共域。當(dāng)前對(duì)陣方是CVW-15中隊(duì),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(duì)抗支援任務(wù)的掩護(hù)下,通過防空作戰(zhàn)任務(wù)主要完成對(duì)敵方米格戰(zhàn)機(jī)的空中打擊,同時(shí)通過攻擊機(jī)編隊(duì)的敵方防空火力壓制任務(wù)壓制敵地空導(dǎo)彈,完成對(duì)地打擊任務(wù),實(shí)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(dòng)方案頂層設(shè)計(jì)

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(shí)需要提前依據(jù)飛行計(jì)劃給飛行編隊(duì)下指令進(jìn)行飛行準(zhǔn)備,飛行編隊(duì)到達(dá)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(dá)進(jìn)行一定范圍的目標(biāo)探測(cè),當(dāng)發(fā)現(xiàn)不明目標(biāo)時(shí)依據(jù)探測(cè)信息綜合研判,實(shí)施空中攔截。本行動(dòng)方案模型支持對(duì)關(guān)鍵組成構(gòu)建的再次展開。如圖8所示的F-14戰(zhàn)機(jī)展開圖,展示了進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)籌劃時(shí)需要考慮的資源信息情況,其OODA周期會(huì)依據(jù)不同階段作戰(zhàn)重心的不同有所調(diào)整,戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境情況也會(huì)對(duì)戰(zhàn)機(jī)的物理性能和信號(hào)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(jī)展開圖

4.2 兵棋推演仿真分析

本文使用國(guó)防科技大學(xué)楊峰教授領(lǐng)導(dǎo)的開發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的OCEAN仿真兵棋推演平臺(tái)進(jìn)行方案推演驗(yàn)證。OCEAN仿真兵棋推演平臺(tái)擁有廣泛而詳盡的模擬數(shù)據(jù)庫,忠于每項(xiàng)武器和傳感器的實(shí)際能力以及局限性,基于詳盡的空/海戰(zhàn)場(chǎng)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(dòng)下完成逼真兵棋推演仿真。首先按照頂層方案模型進(jìn)行任務(wù)編輯設(shè)定如圖9所示,對(duì)防空作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)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(duì)規(guī)模、啟動(dòng)/完成時(shí)間和武器參數(shù)等。啟動(dòng)推演進(jìn)行后,作戰(zhàn)過程會(huì)按照任務(wù)設(shè)定展開,飛機(jī)準(zhǔn)備就緒就會(huì)按照飛行計(jì)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(jì)劃腳本執(zhí)行,也能通過推演人員進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如開始推演時(shí)在任務(wù)編輯器里,根據(jù)OPM作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型設(shè)定第一個(gè)防空作戰(zhàn)任務(wù),結(jié)合空中打擊目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性特點(diǎn)選取F-14A戰(zhàn)斗機(jī)組成兩機(jī)編隊(duì)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(dá)實(shí)時(shí)探測(cè),執(zhí)行既定作戰(zhàn)任務(wù)。

圖9 OCEAN仿真推演平臺(tái)任務(wù)編輯

在推演過程中,依據(jù)作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型進(jìn)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(cè)、攻擊目標(biāo)和規(guī)避導(dǎo)彈等行動(dòng)。同時(shí)可以通過事件編輯,當(dāng)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)發(fā)展到某一狀態(tài)時(shí)觸發(fā)該事件并執(zhí)行對(duì)應(yīng)行動(dòng),或及時(shí)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(shí)際驗(yàn)證反饋到行動(dòng)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(yàn)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(píng)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(dòng)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(jìn)行推演,己方CVW-15中隊(duì)從一開始就擁有先發(fā)制人的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì),處于連續(xù)得分狀態(tài),在作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型策略的指導(dǎo)下取得優(yōu)勝戰(zhàn)績(jī),驗(yàn)證了作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型的有效性。同時(shí),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(jià)高昂,儲(chǔ)備數(shù)量有限,因此在確定行動(dòng)方案的執(zhí)行情況具有明顯優(yōu)勢(shì)的前提下,應(yīng)改進(jìn)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(dòng)方案元模型約束了作戰(zhàn)行動(dòng)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(shí)施的前提保證,同時(shí)也是作戰(zhàn)任務(wù)重要的輸入?yún)?shù)。

表3 部分推演評(píng)分記錄

推演完成驗(yàn)證有效的作戰(zhàn)行動(dòng)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(dòng)方案籌劃任務(wù),以模型庫中的行動(dòng)方案模板為原型,結(jié)合具體實(shí)際修改模型參數(shù)即可快速設(shè)計(jì)新的作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型,指導(dǎo)推演進(jìn)行。

圖10 OCEAN仿真推演平臺(tái)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(dòng)方案的建模要素,通過構(gòu)建基于OPM的作戰(zhàn)行動(dòng)方案元模型,定義了以作戰(zhàn)任務(wù)為核心驅(qū)動(dòng)的行動(dòng)方案基本組成邏輯,提出面向輔助高層決策的作戰(zhàn)行動(dòng)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(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)“設(shè)計(jì)—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(yàn)證作戰(zhàn)行動(dòng)方案模型的有效性,完成了作戰(zhàn)行動(dòng)方案的設(shè)計(jì)到推演驗(yàn)證過程。