执行摘要

美国国防科学委员会博弈、演习、建模和模拟（GEMS）工作组的任务是审查国防部使用GEMS工具的现状，并提出改进GEMS工具的建议，以充分发挥其在国防部企业中从行政到作战的潜力。GEMS工具和能力为测试新想法和概念、设计新系统并制作原型、模拟军事行动、进行地缘政治分析以及提供培训以提高作战人员的准备和表现提供了具有成本效益的创新方法。工作队认为，在当今与大国竞争回归有关的高度竞争和动态战略环境中，这种能力越来越重要，技术进步使全球环境监测系统的能力比过去更加强大和有用。

虽然美国防部有一些GEMS的卓越和创新，但特别工作组注意到，国防部缺乏必要的整合、资源和人才来获得GEMS的全部利益。尤其缺乏的是将GEMS的洞察力有效地整合到高级领导对国防需求和采购项目的决策中的机制。

鉴于GEMS工具的广泛性以及它们的不同适用性，特别工作组选择将重点放在五个广泛的应用领域（数字工程、训练、实验和演习、行动建模和分析以及战略博弈），如图ExS-1所示，以及它们之间的相互依赖关系。

图ExS-1：GEMS应用领域

任务组在这五个应用领域以及两个交叉主题领域提出了建议：基于技术的推动因素和GEMS治理。

数字工程：美国防部正在努力推进数字工程（DE）。例如，各军种内部一直在推动使用数字工程来考虑新的系统概念；但广泛采用数字工程仍然是一项正在进行的工作。特别工作组注意到，已经采用严格的数字工程的组织获得了可衡量的好处，并强烈建议在整个企业中加速采用数字工程。此外，这种能力为国防部全面利用GEMS工具和有效地大规模生产作战能力提供了必要的基础。特别工作组认为，国防部全面采用DE并不要求对采购过程进行实质性的改变；然而，它将需要一些调整，特别是国防部的评估和审查过程，以便在虚拟测试中获得DE的全部附加值。另外，虚拟测试依赖于严格的纪律，在所有工程活动中使用经过验证的工具和来自权威代表的数据。这意味着国防部的工程师必须熟练掌握DE的方法、纪律、工具和技术。扶持和支持这支队伍将需要国防部投资于必要的信息基础设施，特别是在一系列工程任务中实现更大的自动化。

培训：各军事部门的培训能力长期以来一直受益于GEMS工具和创新的使用，这些工具和创新帮助刺激了几十年前开始的培训革命，对美国的军事优势做出了重大贡献。特别工作组注意到，在模拟、建模、虚拟现实（VR）和人工智能（AI）的推动下，军事部门的第二次训练革命正在进行中，但它注意到联合部队的训练需要大幅改进。虽然作战司令部（CCMD）努力保持联合训练，但现实情况是，大多数CCMD演习是由对特定场景最负责的军事部门领导的--因此训练具有特定军种的味道。为了让潜在的对手面临多种困境，并使他们的计划变得复杂，联合部队必须进行训练，以便在所有领域内进行协作和同时作战。为此，特别工作组建议集中精力激励各军事部门使其训练更加联合--更加代表 "我们将如何作战"，确保各军事部门之间必要的网络连接以支持联合训练，并建立强大的全领域联合训练能力。工作队还建议不断努力加强其分布式训练能力，确定具体的模拟训练，在主要的训练中心提供高质量的训练，但可以从家庭驻地进行操作。与其他GEMS能力一样，实现这种联合和全域训练的能力将需要持续的行政级别领导和多年的充足资源。

实验和演习：美国防战略（NDS）委员会报告呼吁 "通过实验、演习和训练验证新的作战概念以实现战略优势"。特别工作组赞同这一呼吁，并得出结论，国防部必须在联合军事部门/合作伙伴层面重振基于概念的实验，以应对同行竞争对手带来的长期挑战。特别工作组注意到，联合概念实验在国防部已经成为一门失传的艺术。特别工作组建议重振这种能力，采用一种基于运动的方法，更迅速地提供新的作战方式和新的能力来应对当前和新出现的作战挑战。特别工作组建议采用运动式方法，产生一个反馈循环，反复完善概念和能力，在这个过程中尽早剔除失败，同时将完善的概念和能力反馈给下一阶段的实验。特别工作组进一步建议，将联合作战问题和想法注入正在进行的军种实验中；国防部应在军事部门之外赞助联合概念实验；并为军种和CCMD（特别是美国印太司令部（USINDOPACOM）和美国欧洲司令部（USEUCOM））的实验运动和演习提供额外支持。

行动建模和分析：国防部目前的行动模型被用来为投资决策提供信息，特别是在各军事部门之间；然而，这些模型在关键领域存在不足。特别是，它们没有有效地解决国防部所处的多领域安全环境的复杂性，而且它们没有能力提供快速分析以告知决策者。特别工作组还发现，国防部领导层对行动建模的支持和信心不一。因此，特别工作组的建议侧重于发展补充性战役分析，更加强调及时、简单、定性/定量的模型，同时也投资于下一代行动建模能力，利用包括人工智能和机器学习领域的技术进步。需要提高这些能力，以灌输对这些工具的有用性的信心，为投资决策提供信息。工作队还建议在发展基于情景规划的联合作战概念（CONOPS）方面做出更有力的努力，以推动战役建模和分析，并为资源分配提供依据。

战略博弈：美国在冷战期间很好地利用了战略博弈技术--在一个长期的分析区间内进行 "移动-反移动 "评估。最近的努力集中在眼前的威胁上（例如，恐怖主义），战略博弈已经成为分析当今更大和更长期挑战的一个很少使用的工具。现在，美国面临着先进的大国对手，其技术能力和经济实力可以与我们匹敌。为了应对这些挑战，国防部需要重振其战略博弈。工具的好坏只取决于使用它们的参与者。有效的战略博弈将需要高层领导认真参与博弈本身。特别工作组建议利用新的技术和分析发展来重建战略博弈能力，以更好地了解地缘政治的变化、对手的目标以及对手在大国竞争时代对美国行动和举措的潜在反应。特别工作组指出，在开发新的博弈工具方面存在利用技术进步的机会--包括社会、金融和通信网络的算法分析、因子树、定量建模和分布式博弈技术，以更有效地支持战略博弈。特别工作组还承认，与大国对手的有效竞争将需要一个整体的政府方法，国防部应率先将战略博弈扩展到美国政府的相关部门。

基于技术的促进因素：虽然GEMS工具受益于许多领域的技术进步（如不断提高的计算能力、人工智能/机器学习），但特别工作组重点关注两个相关技术--游戏引擎和合成环境。商业化的游戏引擎可以加速GEMS工具的开发，强大的合成环境可以提高数字模型的效用。特别工作组注意到，国防部的一些组织已经在使用这些技术，但主要是以临时的方式使用。因此，建议的重点是：建立一个基础设施，以实现和激励重复使用，从而在降低成本的同时加快进展；确保承包商在产品采购（或重大升级）期间建立的符合要求的合成环境可供整个部门重复使用。采用更好的数据分析方法来生成大规模的事后报告，将有助于从游戏、实验和演习以及原型设计中获得最大价值。

GEMS管理：特别工作组注意到，虽然工业界的成功案例表明，需要持续的、自上而下的领导和管理来实现变革，并实现GEMS工具的潜在效益，但国防部的管理结构并没有促进整个企业的做法。鉴于整个国防部显然需要进行文化和技术变革，必须建立一个更加协调的管理结构。这一领域的建议集中在促进GEMS互操作性和可重复使用性的行动上，以及建立一个由高级领导人领导的治理结构，并为指导国防部的建模和仿真（M&S）企业提供适当的权力和资源。

本报告中的大多数建议是文化和技术转型的起点，如果美国防部要从GEMS工具中获得全部利益，就必须进行这种转型。虽然特别工作组对已经开展的GEMS行动表示赞赏，但结论是，如果美国防部要充分利用GEMS在上述应用领域潜在的改变博弈规则的力量，全企业的努力是必不可少的。

在这个大国竞争的新时代，美国防部（和美国政府）面临着复杂的选择，需要有分析性的选择；对决策速度和敏捷性的需求从未如此迫切。在这方面，特别工作组的结论是，国防部必须大幅提高其全球环境监测系统的能力，以跟上其竞争对手的步伐并有效地应对威胁--今天和未来几年。要做到这一点，需要整个企业的文化变革和技术变革。在美国今天所处的高度竞争和动态的国家安全环境中，需要一个强大的GEMS工具箱来为国防部的决策提供信息。然而，如果国防部要实现GEMS的潜力，该部的高层领导必须负责提供愿景、支持和持续的资源，以实现所需的变革。本报告为国防部提供了一个路线图，以充分利用GEMS工具，实现更好的决策、更智能的演习和实验，并最终实现更强大的军事力量。