Student Wojskowej Akademii Technicznej stworzył narzędzie wspomagające podejmowanie trudnych decyzji strategicznych. Dzięki jego rozwiązaniu eksperci zyskają konkretne wsparcie, które matematycznie wyliczy i zaprezentuje najlepsze scenariusze dla danej decyzji.
Pracę nad systemem do prowadzenia gier strategicznych dla potrzeb planowania strategicznego sierż. pchor. Dawid Maślanik rozpoczął jeszcze podczas studiów inżynierskich. W ramach pracy dyplomowej opracował modułowy program wspierający podejmowanie decyzji dotyczących m.in. rozwoju sił zbrojnych.
Do tej pory twórca wdrożył dwa moduły – alokacji sił zbrojnych oraz harmonogramowania wydatków budżetowych. Użytkownicy mogą zdefiniować dowolne zadania, a system wyliczy najlepsze sposoby osiągnięcia celów. Rozwiązanie wspiera programowanie rozwoju Sił Zbrojnych RP i jest skierowane do ekspertów Sztabu Generalnego Wojska Polskiego i osób, które na co dzień podejmują decyzje strategiczne. To skuteczne narzędzie wspomagania procesów decyzyjnych, które wspiera racjonalne planowanie rozwoju sił zbrojnych i pomaga podejmować trudne decyzje z pomocą konkretnych danych uzyskanych dzięki obliczeniom matematycznym, na przykład na podstawie oszacowanych przez system kosztów.
Alokacja i harmonogramowanie
Głównym, bardziej skomplikowanym, elementem programu jest moduł służący do rozwiązywania zadania optymalizacji alokacji sił zbrojnych.
Przez alokację rozumieć należy wyznaczenie struktury sił zbrojnych ugrupowania – wraz z wyposażeniem – mogącego odpowiednio zareagować na działania przeciwnika, a także określenie potencjalnych strat stron konfliktu oraz kosztów pozyskania i utrzymania ugrupowania. Niekoniecznie muszą to być konkretne, już istniejące, jednostki, ponieważ dzięki programowi można dowolnie definiować je na podstawie zasobów, którymi się aktualnie dysponuje. Pozwala to na dużą elastyczność, a tworzenie takich modułów kalkulacyjnych umożliwia optymalne zarządzanie zasobami militarnymi. Moduły kalkulacyjne mogą reprezentować jednostki bojowe odpowiadające potencjałowi batalionu w wojskach zmechanizowanych lub dywizjonu w innych rodzajach wojsk. Moduły te przydziela się, aby zrealizować konkretne zadania wojskowe, które użytkownik zdefiniował w programie – wyjaśnia podchorąży Maślanik.
I podaje przykład: jeżeli musimy bronić się w terenie ciężkim, otwartym, górskim albo zurbanizowanym przez określony czas lub z ograniczonymi kosztami, to program na podstawie zasad działania zaimplementowanych algorytmów obliczy konkretny przydział, dokładne zapotrzebowanie niezbędne do tego, aby zadanie spełnić.
Możemy nawet dodać wiele kolejnych założeń, między innymi: obronę lub atak, pospieszne albo przygotowane, rodzaj terenu czy współczynnik użycia lotnictwa. Jeśli stwierdzamy ograniczenia, to program także je uwzględni. Może w ogóle nie chcemy brać pod uwagę na przykład bojowych wozów opancerzonych, więc wystarczy, że to zaznaczymy w odpowiednim oknie dialogowym – opisuje autor rozwiązania.
Drugim, mniej skomplikowanym elementem programu jest harmonogramowanie.
Pozwala ono na zdefiniowanie zadania, na przykład zakupu określonej liczby czołgów, a program pomaga w najlepszym rozplanowaniu kosztów i zasobów, tak aby nie tylko zrealizować nasze założenia, ale i osiągnąć najlepsze efekty w określonym czasie. Dzięki temu otrzymujemy plan na lata obejmujący wydatki, które należy ponieść w określonych terminach – wyjaśnia sierż. pchor. Maślanik.
To nie wszystko, bo program pozwala także uwzględnić inne zadania, które mogą być konieczne do zrealizowania głównego celu.
Nie sformujemy batalionu czołgów, jeżeli tych czołgów nie mamy. To oznacza, że musimy zdefiniować zadanie produkcji lub zakupu czołgów. W zaprojektowanym programie tego typu zadania można dowolnie stawiać i przemieszczać w prosty sposób, uwzględniając przy tym zarówno te poprzedzające, następujące, jak i wykluczające – tłumaczy twórca.
Efektywny algorytm
Student WAT opracował, zaprojektował i wdrożył w rozwiązaniu cztery algorytmy. Dają one cztery różne efekty obliczeniowe. Wszystkie algorytmy napisał samodzielnie. Trzy z nich: genetyczny, optymalizacji rojem cząstek oraz optymalizacji kolonią mrówek, bazują na literaturze i są znanymi na świecie metodami rozwiązywania szczególnie skomplikowanych zadań optymalizacji. Dyplomant wykorzystał wcześniej wymyślone oraz sprawdzone zasady działania, by zaimplementować je we własny sposób, uwzględniając przy tym specyfikę zadania, z którym musiał się zmierzyć. Najważniejszy jest jednak czwarty, w pełni autorski algorytm. Na potrzeby projektu nazwał go algorytmem probabilistycznym przeszukiwania najbliższego sąsiedztwa.
Bazowałem na doświadczeniach z pozostałymi trzema algorytmami oraz całej wiedzy, którą zdobyłem w ramach studiów na Wydziale Cybernetyki w WAT. W testach okazało się, że to właśnie mój autorski algorytm uzyskuje najlepsze efekty, ma największy dynamizm i osiąga najmniejszą wartość funkcji celu pod koniec działania – mówi.
Aplikacja programowa studenta Wojskowej Akademii Technicznej opiera się na modelach matematycznych opracowanych w zespole badawczym Wydziału Cybernetyki. Pomysłodawca wykorzystał algorytmy heurystyczne, które są stosowane do zadań matematycznych wtedy, kiedy znalezienie najlepszego rozwiązania, jakie tylko jest możliwe, jest… niemal niemożliwe albo można je uzyskać w bardzo długim czasie – komputer liczyłby wiele lat, zanim udałoby mu się uzyskać wynik. W takiej sytuacji wykorzystuje się metody przybliżone, algorytmy heurystyczne, które zaproponują racjonalne rozwiązanie w rozsądnym czasie. Nie jest także wykluczone, że to właśnie taki algorytm znajdzie najlepsze rozwiązanie.
Algorytm przeszukuje najbliższe sąsiedztwo rozpatrywanego rozwiązania, a gdy tam go nie znajduje, zmienia rozwiązanie w oparciu o zaimplementowane zasady probabilistyczne. Okazuje się, że działa to bardzo skutecznie w porównaniu z pozostałymi algorytmami, które szukają z reguły kolejnych rozwiązań, zmierzając w określonym kierunku. Mój autorski algorytm raczej „skacze” po zbiorze rozwiązań dopuszczalnych, dzięki czemu, jak pokazuje praktyka, jest znacznie większa szansa na znalezienie tego najlepszego rozwiązania. Takie działanie cechuje się również większą elastycznością w porównaniu z trzema pozostałymi, wcześniej zaimplementowanymi, metodami – ocenia sierż. pchor. Maślanik.
Algorytm optymalizacyjny w każdej iteracji poprawia rozwiązanie, czyli ustala nowy wektor modułów kalkulacyjnych ocenianych przez trzy kryteria i ostatecznie proponuje najlepszy z punktu widzenia tych kryteriów zestaw jednostek bojowych do obrony przed działaniami przeciwnika.
Cyberataki wykluczone
Młody innowator przetestował już swoje narzędzie. Uwzględnił przy tym różne kryteria analizy porównawczej algorytmów, m.in. czas rozwiązywania, czyli czas potrzebny algorytmowi na zakończenie działań i znalezienie rozwiązania, tempo zbieżności – ile razy funkcja celu, którą należy jak najbardziej zminimalizować, zmieniała się w czasie wykonywania zadania. Podczas działania algorytmu użytkownik widzi funkcję celu na bieżąco, więc w chwili, gdy sam stwierdzi, że dana wartość mu odpowiada, może przerwać działania i otrzymać najlepsze w danym momencie rozwiązanie.
Rozwiązanie studenta WAT już wspiera ustalanie nowych struktur ugrupowań wojsk dla założonego scenariusza działań militarnych, pokazuje wykresy oraz rezultaty obliczeń. Można je będzie także wykorzystać z innym oprogramowaniem, na przykład symulatorem działań taktycznych, opracowanym również na Wydziale Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej. System elastycznie można dopasować do swoich potrzeb – wprowadzać nowe dane, usuwać lub zmieniać zadania i poszczególne elementy, np. wprowadzić nowy rodzaj czołgów albo wybrany rodzaj przeciwnika, a nawet inną strukturę, gdyby zamiast pary śmigłowców miały występować trójki. W narzędziu można wykonać zadanie budżetowe, uwzględnić sprzęt wojskowy, utworzyć z niego dowolne struktury, także zupełnie nowe, które jeszcze w ogóle nie istnieją w Wojsku Polskim.
Dyplomant WAT postawił także na maksymalną intuicyjność programu. Jak podkreśla, jego propozycja nie wymaga dodatkowych wydatków.
Mój program opiera się na FOSS, czyli bazie free and open-source software, co oznacza brak opłat licencyjnych. Nie potrzebuje nawet połączenia z Internetem. Wystarczy zwykły komputer, na którym można uruchomić desktopową aplikację i zainstalować bazę danych – wyjaśnia sierż. pchor. Maślanik.
Rozwiązanie jest także bezpieczne pod względem cyberataków. Nie wymaga połączenia z Internetem i nie komunikuje się z nim w żaden sposób, co uniemożliwia nieuprawnionym osobom dostęp do tego oprogramowania.
Projekt wzbudził spore zainteresowanie, m.in. podczas Międzynarodowego Salonu Przemysłu Obronnego w Kielcach i Defence24 Day, na których sierż. pchor. Dawid Maślanik zaprezentował program specjalistom. Rozmowy z przyszłymi użytkownikami pozwoliły mu udoskonalić narzędzie i jeszcze lepiej dostosować je do określonych potrzeb. Chciałby dodać następne algorytmy, wielodomenowość, a także uwzględnić dodatkowe obszary. Obecnie rozwiązanie obejmuje aspekt powietrzny i lądowy, jednak w przyszłości twórca planuje dodać aspekt morski czy wojny elektronicznej.
Dominika Naruszko, źródło: WAT