مقاله شبیه سازی شناختی صحنه نبرد

بخشی از مقاله

چکیده

علوم شناختی به عنوان یک علم بین رشته ای ابزارهای متنوعی برای ارتقای عملکرد انسانی بویژه در صحنه نبرد برخوردار است. برای مطالعه میزان اثر بخشی ابزارهایی که علوم شناختی در اختیار ما قرار میدهد نیاز مند یک بررسی و تحلیل دقیق هستیم، این تحلیل توسط مدلسازی و شبیه سازی های شناختی بدست می آید. یک شبیه سازی شناختی را میتوان متشکل از شبیه سازی فیزیک صحنه نبرد و عامل های شناختی دانست. عامل های هوشند شناختی که در حقیقت بازنمایی نیروها و سربازها در صحنه نبرد هستند باید به نحوی عمل کنند که شامل پارامترهای شناختی از جمله تصمیم گیری، حافظه و هیجانات مختلف باشد.

دریک شبیه سازی شناختی که به درستی انجام شده نیروهای نظامی - عامل های شناختی - با توجه به فرهنگ، آداب و اخلاقیات بومی خود تصمیم میگیرند و رخداد های محیط بر هیجانات آنها - مانند ناراحتی، خوشحالی، رضایت و تردید و ... - تاثیر می گذارد. این تاثیرات منجر به تصمیم گیری های متفاوت در شرایط مختلف می شود.[1] بدین وسیله میتوان بصورتی کمی عناوین کیفی را مطالعه کرد.[2] در چنین شبیه سازی هایی کارکردهای شناختی ذهن انسان، رفتار های گروهی - ار منظر علوم اجتماعی - ، تکنولوژی های بدیع و نوظهور و پدیده های فیزیکی مطالعه میشوند.[3]

از جمله کاربردهای این شبیه سازی های میتوان به استخراج ویژگیهای شناختی و فیزیکی نیروها برای عملیاتی مشخص، استخراج سازمان رزم بهینه برای عملیاتی مشخص، ارزیابی طرح های عملیاتی مختلف، بررسی میزان تاثیر تکنولوژی های مورد نظر و استخراج قابلیت های مورد نیاز ابزارها و تکنولوژی ها، و بازی جنگ اشاره کرد که همه از جمله عناصر مهم در بحث فرماندهی و کنترل هستند. در این مقاله ما به بررسی ابزار ها و تعاریف این حوزه می پردازیم. نمونه ای عملی از این تکنولوژی در ارتش آمریکا انجام شده که انتشار نیز یافته است.[4]

.1 مقدمه

علوم شناختی به عنوان یک حوزه میان رشته ای از ظرفیت بسیاری برای ارتقای عملکرد انسانی بویژه در جنگ برخوردار است. بدیهی است کاربردهای دفاعی متعدد این حوزه باید متناسب با نیازهای منحصر به فرد کشورها تامین شود، کشورهایی با تهدیدات، قابلیت ها و زمینه های تاریخی متفاوت . ارتقای توان عملیاتی نیروهای مسلح ج.ا.ا از راه طراحی و ایجاد نیروهای شناختی به عنوان یک نمونه عملی اثبات پذیر میتواند راهگشای خیلی از مشکلات عملیاتی باشد .

مدلسازی و شبیه سازی با این هدف دنبال خواهد شد که امکان سنجی، ارزیابی عملکرد و یا پیاده سازی ایده های استخراج شده از علوم مختلف از جمله علوم شناختی، نیازمند هزینه های بسیار بالاست، لذا برای اولویت بندی امکان سنجی و تولید محصولات شناسایی شده ویا سرمایه گذاری برروی هریک از قابلیت های احصاء شده، نیازمند بررسی کارایی آنها در صحنه نبرد هستیم.

در حال حاضر مدلسازی و شبیه سازی میدان نبرد میتواند یکی از بهترین و جامع ترین مسیرها برای ارزیابی عملکرد محصولات مختلف و یا حوزه های مختلف شناسایی شده - از جمله علوم شناختی - باشد. مدل سازی و شبیه می تواند تاثیر و تاثر ابعاد مختلفی از متغیرها را در ارتباط با یکدیگر نشان دهد. البته باید خاطر نشان کرد در مدلسازی و شبیه سازی هدف تحلیل رفتار>5@ و پیش بینی آن است، لذا ما به دنبال تحلیل و پیش بینی رفتار نیروها در شرایط ارتقاء قابلیت ها، همچنین رفتار - عملکرد - محصولات در شرایط مختلف هستیم.

از آنجا که در چنین مدلسازی و شبیه سازی هایی به دنبال بررسی قابلیت های شناختی هستیم لذا انتظار میرود شبیه سازی های نهایی، یک شبیه سازی شناختی بوده، ابتدا مدل های شناختی از انسان>6@ را پیاده سازی کند سپس به بررسی عملکرد محصولات و یا پارامترهای شناختی بپردازد. بدین معنی که ابتدا باید یک بستر ارزیابی عملکرد فرد بدون ارتقاء قابلیت ها ایجاد شود، سپس کارایی راهکارهای پیشنهادی بررسی شود.

در چنین شبیه سازی هایی به دنبال ایجاد یک سامانه شبیه سازی برای بررسی عملکرد نیروها با و بدون اعمال راهکارهای فناورانه به نیرو نظامی، در یک سناریوی نظامی و محیط بومی و در تقابل با دشمن هستیم. عناصر اصلی تشکیل دهنده چنین سامانه هایی، .1 سیستمی خواهد بود که سناریو و محیط را فراهم میکند و .2 سیستم های دیگری برای شبیه سازی نیروهای خودی و دشمن. در حقیقت عناصر موجود در شبیه سازی را میتوان چنین نام برد :

.1 انسان اسم نویسندگان، 5 کلمه ابتدای عنوان مقاله - نیروهای خودی و دشمن -

. 2 محیط - میدان نبرد -

.3 سناریو یا ماموریت ها - اعمالی که انسان انجام دهد -

.4 قابلیت ها یا فناوریهایی که به دنبال توسعه آنها هستیم. در مجموع با در نظر گرفتن همه موارد به نوعی از مدل سازی می رسیم که کل عناصر را درقالب یک سیستم پیچیده از ترکیب انسان و طبیعت مدل میکند با نام » سیستم ترکیب انسان و طبیعت. [7]« در چنین سیستمی انسان ها در قالب عامل های تصمیم گیر شناختی مدل شده و توانایی انجام انواع وظایف را دارا هستند، و معمولا توسط معماری های شناختی پیاده سازی می شوند.>8@ این شبیه ساز ها، شبیه سازهایی هستند که میتوانند یک بازی جنگ کامل و جامع را ایجاد کنند.

برای دستیابی به یک پیاده سازی قابل قبول که بطور موثر سنجش قابلیت های شناختی مورد نظر را شکل دهد، لزوما نباید یک شبیه سازی حداکثری انجام داد. حتی در شرایطی شبیه سازی حداکثر ممکن است به هدر رفت منابع بدون دستیابی به دستآورد مورد نظر منجر شود. لذا برای مواجه با این مسئله یک شبیه سازی حداقلی که بتواند بصورت موثری قابلیت های شناختی مدنظر را شبیه سازی کند کفایت میکند. این چنین شبیه سازی نیز بصورت کامل مسئله مورد نظر را ارزیابی می کند، هم به جلو گیری از هدر رفت منابع - مالی، زمانی، محاسباتی و ... - کمک میکند.

.2 شبیه سازی

شبیهسازی در منابع مختلف به طرق گوناگون معرفی شده است، ولی اغلب منظور از این واژه طراحی و ساخت یک مدل ساده یا ترکیبی همسان با یک سیستم موجود در جهان واقعی، با استفاده از انواع روشهای مدلسازی و روی بسترهای سختافزاری و نرمافزاری، با هدف مطالعه سیستم در شرایط متفاوت است. چنین تعریفی ممکن است این پرسش را مطرح کند چرا برای مطالعه یک سیستم، به جای بررسی مستقیم و بلاواسطه نیاز به شبیهسازی است .

9]-[13] برای پاسخ ابتدا باید به این پرسش بپردازیم که آیا همیشه مطالعه مستقیم سیستمها امکان پذیر هست؟ در جواب باید گفت مواردی وجود دارد که مطالعه مستقیم در عمل یا امکان پذیر نیست و یا در صورت امکانپذیری نیازمند رعایت پیچیدگیهای بسیار زیاد و صرف هزینههای گزاف است. از جمله این موارد عبارتند از: سیستم فاقد حیات :

منظور از حیات داشتن یک سیستم اطمینان از تغییر شرایط آن سیستم است. ویژگی فقدان حیات را میتوان در سیستمهایی که در شرایط حاضر تغییر وضعیت نمیدهد و یا سیستمهایی را که به آخرین وضعیت رسیده و متوقف شدهاند، یافت. بدیهی است مطالعه سیستم فاقد حیات برابر با آنالیز یک سیستم فاقد رفتار است که در عمل کاری بیمعنا است.

سیستم مشروط :

ممکن است حیات یک سیستم با چندین شرط محدود شده باشد و مادامی که این شرایط ارضا نشوند، سیستم نیز قادر به فعالیت نباشد. در مواقعی که برآورده کردن شروط متعلق به سیستم امکان پذیر نباشد، میتوان از شبیهسازی بهعنوان راهکار عملی استفاده نمود.

سیستم پیچیده:

سیستمهای وجود دارند که در طول حیاتشان پارامترها و دادههای بسیاری را دریافت میکنند و ممکن است فراهمآوردن چنین شرایطی برای راهاندازی و مطالعه سیستم، در عمل بسیار مشکل باشد.

سیستمهای با طول عمر کوتاه :

دوره حیات بسیاری از سیستمها - به ویژه سیستمهای مبتنی بر فرایندهای فیزیکی و شیمیایی - ممکن است به قدری کوتاه باشد که در عمل امکانات سنجش آن فراهم نشود. با کمک امکان مدیریت زمان در شبیهسازی میتوان، چنین سیستمهای را مطالعه نمود.

سیستمهای با طول عمر بلند :

دوران حیات برخی از سیستمها - به ویژه مسائل وقایع طبیعی و اجتماعی - ممکن است بسیار طولانی باشد و چه بسا در حال حاضر در دوره حیات سیستم قرار داشته باشیم و بخواهیم با تأثیرگذاری روی وضعیت جاری سیستم، آینده آن را بهگونهای که هدفگذاری کردهایم تغییر دهیم. در چنین شرایطی شبیهسازی میتواند بر پیشبینی عواقب تصمیمگیریهای فعلی ما را بر شرایط آینده سیستم، صحه بگذارد و یا آن را رد کند.

سیستمهای دارای مدل :

برای مطالعه برخی از علوم نوپا و یا علوم پیچیده که هنوز دارای جوانب ناشناخته برای دانشمندان هستند - مانند اخترشناسی و فیزیک کوانتوم - ممکن است هنوز عوامل توجیه رفتار سیستم در دسترس نباشد، در چنین شرایطی دانشمندان مختلف ممکن است مدلهای مختلفنسبتاً و یاکاملاً پاسخگو را برای تحلیل سیستم پیشنهاد دهندبعضاً. در چنین مواردی نتایج بهدستآمده از مدلهای شبیهسازی شده است که چگونگی مطالعه مستقیم سیستم را در پژوهشهای آینده پیشنهاد میکند.

سیستمهای پرهزینه :

بسیاری از سیستمها هستند که مطالعه مستقیم آنها هزینههای بسیاری را از لحاظ زمانی و مادی در بر دارد. با استفاده از شبیهسازی چنین سیستمهایی میتوان به میزان قابل ملاحظهای از هزینه کاهش این سیستمها کاست.

سیستمهای نامطلوب وخطرناک :

بسیاری از موارد وجود دارند که هیچگاه خواستار رخداد آنها نیستیم ولی در عین حال در صورت وقوع آنها میبایست آمادگیهای لازم وجود داشته باشند. به عنوان نمونه سیستم گسترش یک بیماری کشنده اگرچه در دنیای واقعی و مطلوب نیست؛ ولیکن علم به چگونگی گسترش بیماری با شبیهسازی سیستم میتواند موجب شود تا تدابیر لازم برای جلوگیری از شیوع آن از پیش اندیشیده شود. موارد ذکر شده و یا هر مورد دیگری که قادر به ایجاد اشتغال در مطالعه و بررسی مستقیم یک سیستم شود را میتوان عامل اقدام برای مطالعه غیرمستقیم سیستم در قالب شبیه سازی دانست.

.3 بررسی مختصر معروفترین شبیهسازهای نظامی دنیا

ظهور و پیشرفت کامپیوترها همواره در ارتباط مستقیم با نیازهای نظامی بوده است، در جنگ جهانی دوم کامپیوترها، نقش بسزایی در پیروزی متفقین داشتند. کامپیوتری مانند انیگما برای شکستن رمز آلمانها مورد استفاده قرار گرفت و همچنین برخی از محاسبات مورد نیاز برای نتیجه گرفتن از روشهای تحقیق در عملیات جهت هدف قرار دادن نیروهای آلمانی نیز با کمک کامپیوتر ها صورت پذیرفت. بعدها گسترش مفاهیمی مانند هوش مصنوعی، شبکه، محاسبات بسیار بهینه1 و... نیز کارکرد کامپیوترها را در امور نظامی بیش از پیش افزایش داد .

یکی از مواردی که از اواخر قرن بیستم مورد تأکید قرار گرفت، شبیهسازیهای نظامی با استفاده از ابزار کامپیوتری بود. این شبیه سازیها را میتوان به دو گروه تقسیم بندی نمود. گروه نخست ابزارهای جامعی هستند که بهجهت شبیهسازی همهمنظوره عملیاتهای نظامی مورد استفاده قرار میگیرند. گروه دوم شبیهسازیهایی هستند که توسط ارگانهای نظامی کوچک و یا گروههای دانشگاهی با تأکید روی برخی موارد خاص توسعه داده شدهاند. به کار بردن برخی از این شبیه سازیها در تلفیق با معماریهای شناختی نیز مسبوق به سابقه است. در ادامه این فصل به بررسی مهمترین این شبیهسازیها خواهیم پرداخت.

3,1 مطالعه ابزار جامع شبیهسازی نظامی برخی از نیروهای نظامی در دنیا که دارای امکانات مادی، سختافزاری و مهندسی بالایی هستند، برای شبیهسازی مأموریتهای مورد نظرشان ابزارهای جامعی را به صورت مستقیم و یا با کمک شرکایشان ساخته و پرداختهاند. با توجه به پیچیدگی ساخت و هزینههای بالا تولید چنین ابزارهایی، بعضی از آنهانه صرفاً توسط یک ارگان، بلکه توسط بلاکهای نظامی مانند ناتو و یا با شراکت چندین کشور توسعه داده شدهاند. عموما از چنین ابزارهای با نام راهکارهای جامع شبیه سازی2 یاد می شود.

عموما راهکارهای شبیهسازی، بهویژه هنگامی که برای امورنظامی تدارک دیده می شوند، صرفا براساس سفارش سازمانها و ارگانها توسعه نمییابند بلکه بر اساس استانداردهای حاکم برمحیط شبیهسازی و در عمومیترین حالت ممکن تهیه میشوند. به این نرمافزارها اصطلاحا COTS3 گفته میشود که در نقطه مقابل نرمافزارهای سفارشی قرار دارند.

با توجه به مرسوم بودن سفارش نرمافزارهای نظامی در قالب COTS ، بعضا از عنوان Mil-COTS4 نیز برای نرمافزارها استفاده میشود. رویکرد COTS دارای مزیتهایی است از جمله اینکه ابزارهای متفاوت تهیه شده در این قالبها میتوانند خارج از چارچوب با یکدیگر کار کنند چرا که امکان تعامل با یکدیگر را بهواسطه استانداردهای صنعتی متفاوتی دارند؛ نتیجتا گسترشپذیری5 سیستمهای طراحی شده در قالب COTS امرسادهتری خواهد بود و به راحتی میتوان از شرکای خارجی درخواست طراحی و توسعه افزونه6 جدید نمود.

با عنایت به اهمیت نظامی این ابزارعموماً، سطوح دسترسی بسیار کمی برای آنها وجود دارد؛ لذا برای تهیه این پژوهش در برخی موارد اطلاعات موجود در سایتها و بروشورهای معرفی محصولات مورد استفاده قرار گرفته است. با دیدگاه مبتنی بر پیادهسازی، این گونه شبیهسازها را میتوان در چهار بخش اصلی مورد بررسی قرار داد که عبارتند از مدلهای7 ایجاد شده برای بازنمایی نبرد، بخش ایجاد محتوا8، روشهای بصریسازی9 و در نهایت امکانات ارتباطی10 در نظر گرفته شده برای شبیه ساز. با دیدگاه کاربری شبیهساز به مواردی مانند مدلها و امکانات ارتباطی کمتر پرداخته میشود و موارد کاربردیتری مانند رابطهای انسان ماشین11 اهمیت بیشتری مییابند.