Nghiên cứu mô hình hệ thống hỗ trợ ra quyết định cho hệ thống mô phỏng, đánh giá quyết tâm tác chiến chiến dịch

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 113 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHO HỆ THỐNG MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ QUYẾT TÂM TÁC CHIẾN CHIẾN DỊCH Nguyễn Long1*, Nguyễn Thanh Hải1, Bùi Quang Huy1, Nguyễn Đức Định2, Bạch Hồng Quyết3 Tóm tắt: Các hệ thống hỗ trợ ra quyết định (Decision support systems - DSS) có thể được sử dụng thành công để xử lý vấn đề lập kế hoạch và số lượng ước lượng công việc. Hệ thống DSS đề xuất bao gồm hai phần: phân tích và mô phỏng. Mỗi thành phần làm việc riêng biệt có thể được mô phỏng dựa trên số lượng khảo sát công việc, mà phải được thực hiện trước hết thông qua quy trình nghiệp vụ được xác định trước và kiểm tra các thành phần của nó. Các thuộc tính cơ bản và mô tả hành vi của các phần tử được cung cấp cho thành phần mô phỏng. Kết quả của mô hình mô phỏng là đầu vào của mô hình phân tích tính toán giá của công việc cần thực hiện. Đảm bảo ước tính thời gian làm việc được nâng lên. Mô hình áp dụng cho bài toán thực tế trong lĩnh vực tác chiến, mục đích để mô phỏng đánh giá quyết tâm tác chiến của người chỉ huy trong chiến dịch tiến công quy mô vừa. Từ khóa: Hệ thống hỗ trợ ra quyết định; DSS; Mô hình mô phỏng; Tác chiến chiến dịch. 1. GIỚI THIỆU Hệ thống hỗ trợ ra quyết định có thể làm tăng hiệu quả của việc mô phỏng và đánh giá quyết tâm tác chiến hỗ trợ hoạt động tác chiến của người chỉ huy và cơ quan. Phát triển hệ thống dựa vào việc nghiên cứu chi tiết về quy trình công tác chỉ huy tham mưu. Tất cả các bước của quy trình được tiến hành một cách trình tự theo từng loại hình tác chiến. Tại các bước, từ thông tin đầu vào cho hoạt động tác chiến như: yêu cầu nhiệm vụ, đối tượng tác chiến, địa hình, khí hậu, thời tiết được mô hình hóa, lượng hóa và biểu diễn dưới dạng các hàm tuyến tính để đạt được mục tiêu là ý định, nội dung cơ bản của quyết tâm tác chiến. Các giá trị của hàm mục tiêu đạt được sau quá trình tìm kiếm tối ưu cần được đánh giá, lựa chọn bởi người chỉ huy - đại diện cho chuyên gia tri thức về nghệ thuật tác chiến được đúc kết qua kinh nghiệm, bản lĩnh của mình. Bài báo này sẽ phân tích mô hình hệ thống hỗ trợ ra quyết định áp dụng cho hệ thống mô phỏng, đánh giá quyết tâm tác chiến chiến dịch. Trong bài báo, bằng phân tích thành phần thông tin đầu vào cùng những nội dung cơ bản của quyết tâm tác chiến chiến dịch của tư lệnh chiến dịch Các yếu tố này sử dụng để tính toán hiệu quả của các phương án tạo ra. Qua đó, kết hợp cơ sở tựa luật tri thức về nghệ thuật quân sự để lượng hóa, tính giá trị hiệu quả làm cơ sở áp dụng hệ thống DSS trong việc trợ giúp tư lệnh đánh giá, lựa chọn. 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG Phát triển hệ thống đánh giá, mô phỏng quyết tâm tác chiến dựa trên mô hình xây dựng các kịch bản tương ứng với ý định tác chiến của người chỉ huy thông qua các lựa chọn thông tin qua từng bước của quy trình công tác chỉ huy tham mưu. Để thiết lập mô hình mô phỏng theo tiến trình thời gian cần phải sử dụng phương pháp hướng đối tượng trong việc mô hình hóa các bước thành phần, tương ứng các thành phần của quyết tâm tác chiến. Công nghệ thông tin N. Long, , B. H. Quyết, “Nghiên cứu mô hình hệ thống tác chiến chiến dịch.” 114 Các thành phần cơ sở của hệ thống biểu diễn, mô phỏng một quyết tâm tác chiến của người chỉ huy được biểu diễn giả lập về mặt lý thuyết như sau: Thông tin đầu vào (Tham số hệ thống – Parameters): đó là các thông tin đầu vào được cung cấp bởi cấp trên, các cơ quan quân báo, trinh sát cùng thông tin của hệ thống thông tin tác chiến được mô hình hóa thành các thành phần được biểu diễn dưới dạng tập hợp: I = i1, i2,, in (1) Thông tin các phụ thuộc của hệ thống (Thông tin ràng buộc – Constraints) bao gồm các giá trị về: loại hình tác chiến (tiến công, phòng ngự, phản công); mô hình tổ chức chỉ huy (Chiến dịch do bộ, quân khu hay quân đoàn mở và chỉ huy trực tiếp); khu vực chiến trường (Bắc, Trung, Nam) và được mô hình hóa dưới dạng tập hợp: K = k1, k2,, km (2) Thành phần của quyết tâm tác chiến của tư lệnh chiến dịch được phân chia thành hai lớp (Layer): Lớp lõi (Core Layer): là lớp thông tin mô tả ý định tác chiến của tư lệnh tác chiến, nội dung là các ràng buộc để giới hạn phạm vi cho các thành phần của nội dung quyết tâm. Nội dung ý định này được người ra quyết định (Decision Maker - Ở đây là tư lệnh cùng cơ quan tham mưu) đưa vào hay còn gọi là thông tin tham chiếu (Preference Information) cả ở ba giai đoạn tổ chức chuẩn bị tác chiến (Thông tin dưới dạng tiền nghiệm – Priori), điều chỉnh quyết tâm trực tiếp trong thực hành tác chiến (Thông tin tương tác Interactive) và điều chỉnh, hạ quyết tâm trong giai đoạn thực hành tác chiến (Thông tin dạng hậu nghiệm Posteriori). Thông tin của lớp lõi trong hệ thống mô phỏng quyết tâm tác chiến bao gồm các thành phần như: Phương pháp tác chiến, Hướng, khu vực phòng ngự (Phụ thuộc ràng buộc về loại hình tác chiến chiến dịch phòng ngự), Hướng, mục tiêu tiến công (chiến dịch tiến công),... Hệ thống trận địa (các trận địa, Sở chỉ huy, đường hướng cơ động ), tổ chức hỏa lực. Thông tin lớp lõi được tổ chức tập hợp của u thành phần dưới dạng cây: TL = T1, T2, Tu (3) Ở đây, các thành phần Ti được biểu diễn dữ liệu dưới dạng cây với cấu trúc của từng nút (node) bao gồm các thuộc tính: NL = {Id, OwnerId, Name, Value} (4) Trong đó, Id là chỉ số của nút, OwnerId là chỉ số của nút cha (nếu có, nếu là nút gốc thì OwnerId có giá trị NULL), Name tên của thuộc tính nút, Value là giá trị của thuộc tính nút. Lớp nội dung (Content Layer): là lớp thông tin cụ thể của quyết tâm tác chiến. Căn cứ vào thông tin đầu vào, ràng buộc cùng với thông tin lớp lõi. Dựa vào cây thông tin lõi. Tại mỗi nút lá của cây lõi, ta chuyển hóa thành cành của cây nội dung. Tại mỗi nút này, có thể có mấy trường hợp sau: - Có một nút lá: trường hợp nội dung có duy nhất một lựa chọn, một yếu tố bắt buộc của quyết tâm chiến dịch. Yếu tố này phụ thuộc vào tham số đầu vào, thông tin ràng buộc được xác định từ đầu. - Có nhiều nút lá: trường hợp có nhiều lựa chọn để xác định nội dung của quyết Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 115 tâm, việc xác định một hay nhiều lựa chọn dựa vào tham số đầu vào cũng như ràng buộc của hệ thống. - Có một hoặc nhiều cành: trường hợp nội dung xác định có thể được phân nhỏ, cụ thể hơn. Mô hình tổ chức cây thông tin được minh họa như hình vẽ sau: N0 N1 N2 Nv... N11 N12 N13 N21 N211 N212 N2121 N121 N1211 N1212 N111 N22 N23 Hình 1. Minh họa cây thông tin biểu diễn thông tin lớp lõi. N0 N1 N2 Nv... N11 N12 N13 N21 N211 N212 N2121 N121 N1211 N1212 N111 N22 N23 N21211 N21212 N231 N232 Hình 2. Minh họa cây thông tin biểu diễn thông tin lớp nội dung. Qua minh họa ta thấy, cây nội dung phụ thuộc cơ bản vào cây lõi, đúng như vai trò cốt lõi của ý định tác chiến của người chỉ huy trong việc xác định nội dung của quyết tâm tác chiến chiến dịch của tư lệnh chiến dịch. Để xác định một phương án tác chiến tạo ra, tại các nút cuối cùng, mỗi lựa chọn lá sẽ sinh ra một cây cấu hình (trường hợp nhiều hơn 1 lá). Quá trình sẽ được tự động sinh bằng cách duyệt toàn bộ cây thông tin nội dung. Công nghệ thông tin N. Long, , B. H. Quyết, “Nghiên cứu mô hình hệ thống tác chiến chiến dịch.” 116 Một thành phần rất quan trọng để đánh giá, kiểm tra đó chính là cơ sở dữ liệu tri thức Nghệ thuật Quân sự. Nội dung của cơ sở dữ liệu tri thức này chính là dữ liệu về nguyên tắc tác chiến, nghệ thuật tác chiến, điều lệnh, điều lệ được ban hành, cùng kinh nghiệm thực tế đúc rút từ truyền thống tác chiến của quân đội. Dữ liệu cơ sở tri thức lưu trữ dưới dạng luật chứa mối quan hệ nhân - quả được thể hiện dưới dạng: Mỗi nguyên tắc, được phân loại trong nhiều danh mục khác nhau, ví dụ nguyên tắc bố trí trận địa pháo có thể nằm trong danh mục binh chủng pháo binh; nhưng nguyên tắc này cũng có thể nằm trong danh mục bố trí lực lượng bảo vệ Sở chỉ huy từ xa Được biểu diễn bằng bảng danh mục C trong cơ sở dữ liệu. Do đó, mỗi nguyên tắc được mô hình hóa bao gồm nhiều giá trị thành phần. Mỗi thành phần chứa các thuộc tính thông tin như sau: Q= {Q1, Q2, ,Qn}, (5) Trong đó Qi = {Idi, Causei, Resulti} (6) Ngoài ra, có bảng thông tin chứa quan hệ nguyên tắc, mối quan hệ 1-nhiều Q và danh mục C: R = {Q, CategoryID} (7) Tại mỗi lá thứ i của một phương án, hệ thống sẽ đánh giá điểm hiệu quả gồm hai giá trị quan trọng: Giá trị ri 1: là giá trị hiệu quả được tính từ việc kiểm tra các nguyên tắc tác chiến được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu của lá thứ i. Giá trị ri 2: là giá trị hiệu quả được tổng hợp từ việc cho điểm hiệu quả của các chuyên gia nghệ thuật quân sự cho lá thứ i. Trong đó có đánh giá theo mức độ hiệu quả từ thấp đến cao cho các lá cùng nút cha với lá thứ i. Khi đó giá trị hiệu quả được tổng hợp bằng công thức: ri = ∑ + ∑ (8) Trong đó, n là số cặp nhân – quả của nguyên tắc Q, m là số lá cùng nút cha của lá thứ i. Với mỗi phương án được sinh ra, chúng ta có giá trị đánh giá là tổng giá trị hiệu quả của các lựa chọn thành phần: = ( ⋯ ) (9) Trong đó, m là số lá của phương án được biểu diễn bởi cây thứ T, số lượng lá của các cây phương án có thể là khác nhau. Sắp xếp giá trị của hiệu quả tổng hợp của các phương án, kết hợp với tập đánh giá logic sử dụng lý thuyết mờ, hệ thống có thể đưa ra kết luận với những nhận xét thông minh. Phân tích sâu hơn, xét từng lá, với giá trị sắp xếp theo từng lá cùng nút cha, dựa vào lựa chọn nội dung đề xuất, dễ dàng có thể đánh giá được phương án đó mạnh, hiệu quả về yếu tố gì; ngược lại, có những yếu tố nào còn chưa hiệu quả. Ví dụ chúng ta có thể đưa ra kết quả có biện luận như: Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 117 Phương án A được đánh giá là khá là hiệu quả, trong đó việc bố trí Sở chỉ huy là rất hiệu quả, khoa học. Tuy nhiên việc bố trí lực lượng pháo binh và việc lựa chọn đường hướng cơ động đến khu vực tập kết A bằng đường thủy, vào ban ngày là không phù hợp, hiệu quả. Có được kết quả đó, việc sử dụng tập hợp logic mờ khi xem xét điểm đánh giá tổng hợp (khá hiệu quả) và các lựa chọn thành phần (rất hiệu quả, khoa học; hoặc không phù hợp, hiệu quả). Qua đó, giúp cho người chỉ huy và cơ quan có cái nhìn toàn diện về phương án tác chiến, làm cơ sở lựa chọn phương án tác chiến tối ưu nhất. 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG Từ mô hình mô phỏng, đánh giá quyết tâm tác chiến cấp chiến dịch ở trên, ta có thể thiết kế mô hình hệ thống DSS tương ứng theo sơ đồ được mô tả như sau: Nhiệm vụ trên giao Tình hình địch Tình hình ta .. Loại hình tác chiến Mô hình tổ chức chỉ huy Chiến trường ... Lớp nội dung Lớp lõi Nguyên tắc tác chiến Đánh giá của chuyên gia Sắp xếp giá trị đánh giá Module suy luận Logic mờ Hình 3. Mô hình hệ thống DSS. Thành phần hệ thống DSS được thiết kế gồm 03 khối chính: - Khối đầu vào: Phân hệ cập nhật thông tin ban đầu của hệ thống bao gồm: các tham số đầu vào của chiến dịch. Thông tin này có thể được thay đổi trong quá trình suy luận và trong quá trình lựa chọn phương án tối ưu. - Khối suy luận: Phân hệ tự động sinh kết hợp thông tin bổ sung của người dùng để xây dựng lớp lõi và lớp nội dung, trong đó hỗ trợ chuyên gia quân sự đánh giá các lựa chọn thành phần của cây nội dung. Module thành phần của phân hệ tự động xác định các phương án tác chiến của quyết tâm dựa trên cấu trúc lớp nội dung. Cơ sở dữ liệu tri thức Nghệ thuật Quân sự chứa các nguyên tắc tác chiến được liên kết trong khối này. Dựa vào nguyên tắc tính toán trình bày trong phần trước qua các công thức (6), (7), (8), (9) hệ thống tự động tính toán và xác định giá trị hiệu quả tổng hợp cho từng phương án, sắp xếp và sinh báo cáo tổng hợp về kết quả đánh giá. - Khối lựa chọn quyết định: Qua kết quả tổng hợp và kết quả thành phần của từng phương án, hệ thống kết hợp với quan hệ logic mờ đưa ra các nhận xét “thông minh” cho từng phương án, đánh giá điểm mạnh, yếu. Kết quả phân tích làm cơ sở cho tư lệnh chiến dịch lựa chọn phương án tối ưu cũng như điều chỉnh một số điểm chú ý mà hệ thống đánh giá còn chưa hiệu quả. Qua đó, trợ giúp cho tư lệnh tác chiến hoàn thiện quyết tâm tác chiến đảm bảo thắng lợi cho tác chiến. Trong mô hình, qua thực nghiệm có nhận xét rằng hệ thống tương đối thông minh, sát thực tế nếu số lượng nguyên tắc tác chiến là đủ lớn; tại mỗi nút lựa Công nghệ thông tin N. Long, , B. H. Quyết, “Nghiên cứu mô hình hệ thống tác chiến chiến dịch.” 118 chọn nội dung, cần chi tiết đủ lớn (số lượng lá trong nút là đủ lớn) kết quả phân tích sẽ chi tiết, đánh giá điểm mạnh, điểm yếu của phương án một cách thuyết phục, sát thực tế tác chiến theo nghệ thuật tác chiến của quân đội ta. Trong phạm vi đề xuất của bài báo, chúng tôi chỉ đưa ra mô hình chung, các giả thuyết về mặt lý thuyết. Trong thực tế, còn cần nhiều kỹ thuật để biểu diễn quan hệ logic của nguyên tắc tác chiến, cơ chế suy luận để hệ thống có tính thông minh, có giá trị sử dụng thực tế trước những đòi hỏi về khả năng tự động hóa chỉ huy trong thời kỳ mới của quân đội ta nhằm nâng cao năng lực hoàn thành nhiệm vụ chiến đấu và bảo vệ tổ quốc. 4. KẾT LUẬN Bài báo này, chúng tôi đã đề xuất mô hình hệ thống hỗ trợ ra quyết định nhằm hỗ trợ cho việc mô phỏng, đánh giá quyết tâm của tư lệnh trong tác chiến chiến dịch. Bài báo đã đề xuất phương pháp biểu diễn thông tin tác chiến liên quan, thông tin tri thức nguyên tắc tác chiến,... cùng phương pháp lượng hóa, suy luận tổng hợp, suy luận chi tiết nhằm xây dựng hệ thống DSS có tính thông minh, sát với thực tế tác chiến. Qua thực nghiệm xây dựng hệ thống với 03 phân hệ chức năng, hệ thống DSS đề xuất đã cơ bản đáp ứng được yêu cầu về cung cấp những đánh giá về các phương án tác chiến từ những lựa chọn của các nội dung thành phần trong các nội dung của quyết tâm. Qua đó, tư lệnh tác chiến có cái nhìn tổng quan, chi tiết từng phương án tác chiến, kết hợp với tài năng kinh nghiệm của mình lựa chọn phương án tác chiến hiệu quả, đảm bảo thắng lợi cho tác chiến. Một yếu tố quan trọng trong các hệ thống mô phỏng ra quyết định để có một hệ thống có giá trị sử dụng cao hơn là nội dung mô phỏng đánh giá phương án theo các yếu tố thời gian thực, tương tác đối kháng... Những vấn đề này chúng tôi tiếp tục nghiên cứu trong tương lai nhằm hoàn thiện mô hình cả về lý thuyết cũng nhưng tính toàn diện của hệ thống. Lời cảm ơn: Bài báo được tài trợ bởi quỹ đề tài độc lập cấp Bộ Quốc phòng mã số: 2019.76.049. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Bộ Quốc phòng , Điều lệ công tác tham mưu tác chiến QĐND Việt Nam, QĐND, Hà Nội, 2000. [2]. Bộ Quốc phòng, Nghệ thuật chiến dịch phản công, QĐND, Hà Nội, 2002. [3]. Bộ Quốc phòng, Nghệ thuật chiến dịch phòng ngự, QĐND, Hà Nội, 2002. [4]. Bộ Quốc phòng, Nghệ thuật chiến dịch tiến công, QĐND, Hà Nội, 2002 [5]. Bộ Quốc phòng, Nghệ thuật chiến dịch Việt Nam trong chiến tranh bảo vệ Tổ quốc, QĐND, Hà Nội, 2010. [6]. Bộ Quốc phòng, Tác chiến phòng thủ quân khu trong chiến tranh bảo vệ Tổ quốc, QĐND, Hà Nội, 2002. [7]. I.A. Brusakova. Metrizatsija Biznes-Reshenij Kognitivnoj Ekonomiki Metrization of Business Decisions in Cognitive Economy. SaintPetersburg. Polytechnic University Publ., 2010. [8]. I.A. Brusakova. Immitatsionnoje Modelirovanije Ekonomicheskikh [9]. Processov Immitation Modelling of Economic Processes. SaintPetersburg. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 04 - 2019 119 SPbGIEU “INZECON” Publ., 2012. [10]. I.N. Mikhailov. On the Use of the Corporate Intellectual Assets for Improvement of Electronic Components Testing Effectiveness. Sbornik Nauchnikh Trudov Uchastnikov. Saint-Petersburg. Saint-Petersburg University of Management and Economics Publ. , 2015 г., pp. 363–366. [11]. I.N. Mikhailov. Information Support of Electronic Components Testing Planning. Materialy Nauchnojo Foruma s mezdunarodnym Uchastijem “Nedelja Nauki SPbPU Vol 2. Saint-Petersburg. Polytechnic University Publ., 2015, pp. 204–206. ABSTRACT STUDYING THE MODEL OF PROBLEM SUPPORT FOR DECISION MAKING FOR SIMULATION EVALUATING AND DETERMINATION SYSTEM OF CAMPAIGN OPERATION Decision support systems (DSS) can be used successfully to address planning issues and workload estimates. The proposed DSS system consists of two parts: analysis and simulation. Each individual working component can be simulated based on the number of job surveys, which must be done first through a predefined business process and check its components. Basic attributes and behavioral description of elements are provided for the simulation component. The result of the simulation model is the input of the analytical model that calculates the price of the work to be done. Make sure the estimated working time is raised. The model applies to practical problems in the field of combat, the purpose to simulate assessing the determination of the commander in the campaign operation. Keywords: Decision support system; DSS; Simulation model; Campaign operation. Nhận bài ngày 11 tháng 01 năm 2019 Hoàn thiện ngày 18 tháng 3 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 3 năm 2019 Địa chỉ: 1 National Defense Academy; 2 MITI, Military Academy of Science and Technology; 3 Unit 86, Ministry of Defense. * Email: longn@mta.edu.vn.