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P-8A巡逻机的战术软件的启示

2020-2-12 18:00| 查看: 1858| 评论: 0


一、反潜巡逻机最怕的事情:情况有变!

假设你是P-8A“波塞冬”反潜巡逻机上的的战术协调员(TACCO),这是海军最新的反潜巡逻机。你的任务是在领导机组人员的同时,最大程度地发挥机载传感器和武器的战术性能,寻找并摧毁敌方潜艇。情报表明,你的任务海区很有可能存在敌方潜艇,因此,在飞行之前,TACCO只有很有限的时间来确保自己已经考虑了所有意外情况。你知道一般情况下,在这个海区,依靠自己的传感器,对不同型号敌方潜艇的探测距离,因此,你可以起草一些基本战术计划,如果有接触,就可以迅速执行这些基本战术计划。里面用的很多战术参数,是你根据一些经验公式和一些个人心算结果得出来的,一般来说,这些战术计划绝不是最优化的。

起飞的时间快到了,你上飞机,起飞,然后朝搜索区域而去。一旦抵达任务区,第一件事就是采集最新的水文气象数据和海洋环境信息,结果你惊讶地发现,根据最新的海洋水文环境和水声数据,你起飞前做的战术计划是错误的,恶劣的环境造成探测距离远远小于预期,并且你的战术计划的所有策略此时都显得那么苍白无力。但是,你没有时间和精力来创建新的战术计划了。您不得不调整现有的计划,行动更加保守。这是几十年来的经验教会你的思维模式——一旦情况不利就保守一点,减少风险,确保成功概率。这个在和平时期训练中不是大问题,而现在是作战,一旦失败,会带来不可估量的战局影响。 

你很快就会发现到疑似目标迹象,并根据计划好的响应方案来试图缩小其潜在位置、路线和速度。正在你手忙脚乱在尝试这样做时,目标突然丢失了。您为千变万化的环境制定的经验战术计划,显然无法应付当前的情况。多年的训练、飞行和和平时期的部署是徒劳的。敌方潜艇可以随意对美军造成破坏——但是,现在这种情况在发生改变。因为有了新的模式。

二、战术软件新模式 

作为世界上最好的反潜巡逻机,P-8A最核心的是配备着世界上最先进的战术软件,可帮助其机组制定最优化的战术,应对各种情况和不同的目标。有了这些优秀的战术软件,这架军款波音737里的尉官率领的一群新兵蛋子,就可以逮住敌方海军里最狡猾的潜艇艇长。因为他们不是靠经验公式和直觉计算来进行决策,而是有一种新模式的软件。

巡逻机部队的官兵和作战科参谋们并没有等着海装机关和工业部门来解决这个问题,而是用他们自己的空闲时间,开发了他们自己的软件,来填补了这个空白。随着新软件的应用,官兵们可能已经找到了在数字时代“新质战斗力生成”的新方法。

最初,这个反潜战术软件是由一群巡逻机部队的武器和战术教官(WTI)在2015年末提出最初概念的,他们希望不是直接用军火商的标准化软件,而是因地制宜、因人而异,开发出能体现各个基层部队自己特色的搜潜定位软件。搜潜是反潜战的一个阶段,在这个阶段,机组人员试图进一步缩小敌方潜艇可能活动的空间范围,并对其航向航速进行大致判断。它恰好是反潜战里的数学运算最繁重的阶段之一,因此这些基层的武器和战术教官们认为,至少可以用微软excel电子表格来帮助机组进行一些快速计算,形成计划。毕竟这帮军人都不是程序猿,所以,他们用他们稍微能熟悉的微软 officeexcel电子表格,制作了一个名为iLoc的电子表格软件。它解决了探潜的数学计算问题,很好的替代了机组成员们几十年来的手工作业。尽管该电子表格工具有所帮助,但他们最大的贡献是,把一些基层指战员最难以呈现,有最宝贵的的经验、假设进行了软件实现,并开启了一种新的作战软件开发模式。

原作者于2016年加入P-8部队,参加了这个“兼职程序猿”开发小组的工作,并应用了一些软件工程概念来构建一个工具,该工具可以放宽关键假设,并通过Java进行定位模拟。这个软件不需要安装,因为是java语言的,所以在浏览器里就可以运行,可以快速测试了数十种潜在搜潜策略,在一眨眼的功夫对数千条可能敌方潜艇航迹进行推演,评估其有效性。软件和数据可以方便地保存在P-8的任务系统计算机硬盘上,虽然是在浏览器上运行,但是实际工作不需要访问互联网,完全本地化。很快,机组人员就在真实的海上搜潜反潜对抗演习中使用了该工具。这的确是“见证奇迹的时刻”!

万事开头难,好软件不是开发出来的,是不断用,改出来的——最初的软件设计使用起来很笨拙,速度很慢,并且无法有效地提供信息。但是当工作人员使用iLoc模式进行优化后,反馈如潮。有了这些反馈,就为软件改进和扩展功能提供了依据。我们快速迭代了该软件中的几十个版本的搜潜功能,使得TACCO在发现“接触”的几秒钟内就进行数十次迭代计算,得出最佳战术策略。软件给出的战术建议建议比传统的使用手工方法减少了50%的失败率,并且使用iLoc进行任务计划的时间比传统手工方法削减了95%。它还使菜鸟指挥员和资深指挥员之间的效能差距减少了约80%,从而大大提升了整个P-8机队的战斗力提升。

三、软件的快速改进

经过大约一年半的加班加点和无休止的基层部队迭代,iLoc从最初的一个800行代码的“搜潜定位计算器”,变成了12000行代码的“搜潜辅助决策工具包”,这些代码能给出P-8飞行的每种任务类型的最佳行动方案。iLoc工具包里面含25个不同的子应用程序,并每月大约增加一个新的应用程序。比如,P-8还在不断改进,经常上一个新型号的传感器,性能不一样,这时候就需要对原来的所有战术决策模型的参数进行修改。如果不改,则每次飞行训练几十万美元就打水漂了。如果按照传统的“传感器供应商提-海装机关立项-总体单位牵头-论证-方案-技术设计-实验室验证-外场试验-评审鉴定-机关发文-基层刷新”走下来需要至少一年时间,现在我们只需要在iLoc工具包里加入一个新的“某型新传感器参数设置”应用程序,一天时间就搞定了。

每个新引入的应用程序均以相同的过程进行构思,设计,开发,部署和迭代改进。越来越多基层部队的作战军官加入iLoc开发团队,该团队目前由在机队中队服役的几名现役P-8战术军官组成。一旦有新需求或者问题,团队与问题的发现者坐到一起,共同绘制解决方案的大概思路,并将问题分配给了构建原型的团队成员。团队确保原型在基本级别上正常运行,并在下一个iLoc版本中正常运行,通常每两周发布一个新版本。然后,团队呼吁那些有机会测试的单位进行反馈,以便与进行迭代设计。一般一个新问题从初始申请到新版本出来,平均大约需要一周的时间。

这种原型开发过程可快速解决问题。尽管最初很简单,但应用程序却要经过多个设计进行迭代,并且比可能由工业部门提出的解决方案更有用。如果是那些唯利是图的承包商工业部门,每次问题申请和反馈,即使是用上最高的优先级,平均也需要大约一个月的时间。从费用上讲,不包括iLoc的概念和维护工作,仅考虑初始编程成本,如果让承包商通过传统方法进行采办将花费大约一百万美元,而我们当前的模式,只是消耗了这些“兼职程序猿”军官的工资,人工和加班费才大约6万美元。

四、将人类理解转化为机器理解

尽管承包商和传统的装备软件采办流程受到繁琐的法规的限制,但这些条条框框还不是最可怕的。最可怕的是那些坐在写字楼里的平民软件工程师不懂反潜战业务。要真正有效地开发作战应用软件,开发者必须非常熟悉反潜战的战术、条令、敌我装备性能等等。隔行如隔山,就像开发财会软件,和开发航空公司自动售票软件,需要的专业知识是天壤之别一样。

通常,最好是软件开发团队中有一小撮才华横溢的程序员+大批熟悉反潜业务的军人,而不是大批才华横溢的程序猿+少量熟悉业务的军人。所涉及业务的专业知识太少,所产生的软件可能在软件技术上非常炫酷,但却经常错过用户的实际需求——先进强大炫酷而没啥用的东西。iLoc开发团队显然更类似于前者。它由现役的作战口资深军官组成,其毕生最擅长的事情就是寻找和摧毁敌人的潜艇,而不是开写代码编程。

这表明iLoc软件采用的软件技术、代码很少是软件工程上最前沿的。相反,它们是用计算机代码来反映作战军官的战术理解、经验和思维。人类大脑不可能比计算机存得多、算得快、算得准,但人的专业领域的理解和思维模型是无价的。iLoc就是这样一个经验丰富的作战军官的战术思想和经验的数字化存储库,融合了美国海军从P-3C到P-8A 将近50年来的反潜战术经验和教条。现在,每个中队的P-8A机组都能共享这种几十年的集体智慧。 

虽然这些知识和智慧历史悠久,但始终处于发展和变化中。回到关于TACCO军官的角色,请考虑以下情形。想象一下,在前一周,一个来自大西洋方向VP-5中队的TACCO设计并尝试了一种新战术,然后在演习中利用该新战术定位目标,引导鱼雷准确打中了目标。在传统模式下,这个VP-5中队的新战术要推广到整个美海军十几个VP中队的过程将非常漫长。

首先VP-5中队的这个军官必须写一篇关于这个新战术的保密论文。然后一次还不够,还需要很多次,从理论到多次实践,来验证这个方法的理论合理性和实际效能。然后论文被看到,或者终于被航院的某位教授看到,谨慎地分析探讨,纳入新一期的教材中,通过一批批军官进修、授课,来缓慢的传递个不同的基层单位,然后这些单位的军官再在自己的实践中去尝试和采用。

这需要最开始那个创新者的坚持,以及后续院校老师的敏感性,以及其他单位同僚的开放心态。至少很多基层单位的人,总是把自己的创新当个“秘而不宣”的宝贝,轻易不拿出来,拿出来别人比武就赢了!或者反过来,不愿意接受外来的创新战术。宁愿相信自己掌握的东西。

这个过程使部队无法迅速学习新的战术。取而代之的是,对手日新月异的变化,这对反潜机部队的胜利是不可接受的。

借助iLoc,最初提出新想法的TACCO军官可以将新战术提交给iLoc开发团队,联系讨论,开发团队可以在迅速在其最新版本的决策软件模型中添加这个新策略,并在一天之内将更新推送到所有的机队。首先iLoc的自己的分析算法已经把关一轮,用历史数据验证了该策略是否有效。其他单位的用户,也没啥心理障碍,无非发现iLoc里面多个了不知道谁提交的新模型,也有iLoc系统做的初步评估结果,那么在演习训练中有机会就索性尝试用用呗,接受起来毫无障碍,也不用从理论学起,于是好的想法能迅速传遍所有P-8A机队。这个过程不是假设的。它已经多次用于扩展P-8的战术工具包,并且成效显著。

五、机器理解也能帮助人的理解

在这种新模式下,软件是关键的推动载体。但是,如果没有人的智慧,那什么都不是。现代战争的发生速度非常快,而机器可以快速评估多种战术选择。但是对手不断发展,有太多因素希望建立全面的战术决策软件。人类理解深层因果关系的能力使他们能够跟上不断发展的敌人并在复杂性中找到简单性。 

尽管人类直观且适应能力强,但计算机是计算人类直觉可能产生的结果的理想选择。构建许多iLoc应用程序就是为了做到这一点:快速计算结果,并以此优化人脑设计的策略。这意味着,尽管这些应用是非常规的力倍增器,但它们在促进指战员提升其专业知识,优化自己的经验判断和直觉计算方面也有同样有价值。 

比如,iLoc使提出新战术的军官,能快速看到计算机评估出的自己新点子的实际结果,对战术结果各方面的优势劣势判断,以及对战术的影响,这相当于就是一个战术训练模拟器,节省了大量实际飞行训练演习的时间,迅速提升经验。而且,针对同一个模型,可以在iLoc中运行决策辅助软件,不断微调和更改不同参数变量,并立即观察由此产生的影响,不断修正自己的想法,对人员的提升很快。或者由经验丰富的老鸟在iLoc中构建应用程序“出题”,然后让新菜鸟来解,看结果,也有利于菜鸟的提升。iLoc使人类的理解成为永久性的自我增强,从而加快了初始培训并维持了部队范围内的“学习型组织”风气。

六、对软件工作的启示 

尽管iLoc将继续使P-8级队官兵们变得更强大,但该P-8A机队只是美国海军的一小部分。我们需要找到在整个舰队中推广模型的方法,以最大程度地发挥其优势。

1、建立专门快三开户项目:其实二等人空军也正在尝试各种方法来构建软件以帮助他们的战士。比如Kessel Run(这是《星球大战》里“千年隼”能12秒差跑完的一个梗,自己去查)是一个由空军运营的实验室,使用与iLoc开发团队相同的敏捷软件开发技术。它已经取得了很大的初步成功,并且很可能会成为国防部未来软件收购改革的有效模式。海军可以复制该模型。但是海军也应该寻求推动。 

除了建立一个独立于作战单位之外的实验室外,海军还应该从iLoc中学到教训。比如,空军Kessel Run快三开户项目让软件开发人员脱离基层作战部门,这就造成了脱节。其实应该反过来,向有能力的基层战术军官,去培训如何使用iLoc软件平台的开发技能和管理技能,以在日常工作中利用他们的战术知识和创造力。以这种方式做出贡献的军官还应得到奖励、鼓励、更多培训和支持。

2,应该去帮助培养战士/士官程序员,来负责应用程序的日常维护。因为随着iLoc的发展,开发团队不得不从90%的时间用于新开发和10%的维护上转移到30%的新开发和70%的维护上。其实作战军官还是应该把精力集中到战术模型问题,而不是软件问题上,这就需要一些士兵/士官程序员去分担维护工作量。

3,也不是把原来的工业部门、传统软件开发流程给丢掉,他们也可以提供帮助。比如目前iLoc采用了网页脚本程序的方式在浏览器中运行,但如果能联合工业部门,把软件集成在本机任务软件中,它们将更加有用。毕竟现在海军也是“开放式体系架构软件”,可以灵活构建任务软件,而且使用户可以在其中构建安全的应用程序,这将释放出无数的创新。iLoc团队还已经开始与NAVAIR航空兵部合作,将多个应用程序转移到P-8的本机的软件体系结构中。在此模型中,iLoc充当原型环境,可帮助指导更强大和受支持的收购工作。

最终,海军面临两个选择。它可以继续依靠一次又一次失败的装备软件采办流程。这将使想要声称具有最大杀伤力但通常更喜欢安于现状的海军的作战变得容易。海军的官兵将继续以比他们可能的能力更差的能力做出快速、最佳的决策。或者,海军可以通过赋予他们足够的时间和工具,将其专业知识和思想转化为永久优势,来释放我们的指战员的创造力。该服务可以为每位官兵提供决策辅助,以促进任务指挥并使其更容易分配杀伤力。这样做将与国防部获得的免费机会差不多。对我来说,这似乎是一个简单的选择。默虹感慨,美军基层部队对装备口和工业部门垄断的作战应用软件也是怨声载道啊,美军基层部队也搞小革新小创造啊,里面的一些做法,有点意思。

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