《将兵棋推演用作海军概念探索工具》

本文介绍了北约海军舰船系统工程专家小组迄今为止在探索使用兵棋推演作为概念探索、分析和评估工具方面所开展的工作。ST/NSSE 与伦敦大学学院的兵棋推演专家密切合作，通过一系列兵棋推演探索北约当前能力提升领域的各个方面，这些兵棋推演探讨了这一概念，评估了其利弊，并指出了能力创建和提升可能有利于北约海军行动的其他领域。

北约舰船系统工程专家小组

北约舰船系统工程专家小组（ST/NSSE）是北约舰船设计能力小组下属的一个小组。其任务是制定舰船设计的评估方法和流程。近年来，该小组在任务模块化领域开展了广泛的工作，与任务模块化专家小组（ST/MM）和舰船成本计算专家小组（ST/SC）密切合作，制定接口标准并证明舰船任务模块化的合理性。这项工作的一部分包括在英国进行为期 2 天的兵棋推演，以探索任务模块化概念，因为它可应用于一系列低端海军任务（救灾、打击海盗和非战斗人员撤离行动）。这项兵棋推演活动显示出其探索概念的能力，因此 ST/NSSE 目前的工作计划将更进一步，考虑更高端的作战角色，如果成功的话，以期在 SDCG 的一套标准和指南中制定正式指南，用于开展概念分析和评估的兵棋推演。

作为概念分析工具的兵棋推演

兵棋推演的资深支持者热衷于强调，兵棋推演不是作战分析工具[Downs-Martin. 2023]。不过，该技术可用作 OA 工作的前奏，因为它可以在 "安全失败 "的环境中探索概念和想法，而且根据所使用的方法，成本相对较低。伦敦大学学院（UCL）的海军建筑与海洋工程团队近十年来一直以这种方式使用兵棋推演来支持学生的舰船设计活动[Bradbeer, 2022, Manley, 2023]。兵棋推演有多种用途：

作为培训辅助工具--虽然学生对舰船设计的基础知识有很好的理解，但他们通常不熟悉海军和战舰的运作方式。我们提供了一些兵棋推演游戏，用于展示不同类型的舰船和其他资产（如陆基飞机和太空资产）在海军行动中的作用。其他游戏则说明在近距离战斗中战斗系统设计选择的特定方面的价值、详细的舰船系统结构或与同级威胁海军进行导弹交换的益处或不足。
如舰艇设计演习中的 "作战分析"。虽然兵棋推演不是 OA，但它在 UCL 舰艇设计演习（SDX）中被用作快速替代品。在这种模式下，UCL 的工具被用来让学生探索其设计的各个方面，例如进攻性和防御性武器系统的设计以及特征控制的影响。在某些设计项目中，教职员工会定制游戏来分析战争和设计的特殊领域。最近的一个例子是伦敦大学洛杉矶分校的 "钴岩 "海底战争游戏，该游戏的开发是为了支持一个以保护关键海底基础设施（CUI）为中心的设计项目[Manley, 2023]。
点对点性能评估。在 SDX 结束时，学生的设计将在舰队级别的作战兵棋推演中与对手进行测试，而对手则是基于真实世界的威胁和/或往年成功的学生设计。

自从为教育环境开发出这些工具后，UCL 已将其应用扩展到其他培训领域。例如，培训和详细设计游戏已被用于英国国防部和欧盟国防承包商的团队和领域培训，而侧重于近距离格斗的游戏已被英国皇家海军海上作战中心用作培训游戏的基础。

北约专家小组兵棋推演项目

2016年ST/MM和ST/NSSE的工作表明，兵棋推演作为低端海军作战的概念评估工具具有初步价值。团队内部以及 2018 年在代尔夫特（荷兰）与 SDCG 成员进行的讨论表明，有可能将该方法推广到高端作战领域。这一讨论是基于对全面作战分析的担忧，在许多情况下，全面作战分析最初是以一种无序的方式进行的，这有可能增加计划的成本和时间。有人认为，兵棋推演有可能成为一种先导活动，可以更快地评估和初步分析新的和发展中的概念，有可能对各种想法进行筛选，并为更全面但成本高昂的 OA 工作提供急需的重点。这些讨论促使兵棋推演成为 ST/NSSE 当前工作计划的一部分。

下一步是考虑如何开展这项工作。从早期对现有工具和专家渠道的考虑来看，UCL 的兵棋推演工具套件显然是开展研究的合适基础。加利福尼亚大学洛杉矶分校的 "平衡舰队"（ABF）兵棋推演已经用于学生项目，而且据评估，核心游戏可以根据需要进行扩充，以涵盖北约研究的任何专业领域。

北约海军舰船系统工程

新产品或服务只有满足客户的期望才能获得成功。这不仅适用于汽车和网店等消费品和服务，也适用于军舰。就军舰而言，"客户 "指的是 "参与新军舰生命周期各阶段的所有人员"，例如建造军舰、执行海上任务、维护军舰系统和培训船员的人员。这些人员可分为多个利益相关者群体，如建造者、操作者、维护者和培训者。每个利益相关者群体对新战舰的成功都有自己独特的看法。例如，对于海军总部来说，只有当新战舰能在战斗中发挥有效作用时，它才能取得成功；对于维护人员来说，只有当设计时考虑到低维护率时，它才能取得成功。

军舰设计的主要目标是设计出满足利益相关者期望的军舰：只有这样，新军舰才能在战斗中发挥作用。军舰设计不仅仅是设计一艘满足一系列要求的军舰，而且要能在预算范围内获得（操作、维护）。要求可能在技术上不可行，也可能相互矛盾。此外，预算也可能过低，无法满足要求。根据以往的经验，由于上述原因，设计一艘军舰不可能一次成功。适当的设计过程会就如何修改一系列要求和/或预算提出建议。

根据一系列要求和预算设计舰船主要是造船工程师和造价工程师（能够估算舰船设计成本的人）的工作。这项设计活动只是舰船设计流程的一部分。图 1 显示了军舰设计过程中概念阶段的模型。这是应由海军（或政府）完成的生命周期阶段，因为在舰艇概念设计交付之前，利益相关者的期望和设计工件都要发生几次变化。该图显示了利益相关者和舰船设计师必须在哪些方面进行合作和信息交流（橙色方框），才能成功交付概念设计。

在概念设计阶段，首先要将所有利益相关者的期望纳入一系列要求和预算中。然后，尝试设计一艘既能满足一系列要求，又能在预算范围内购置（运营、维护）的船舶。对设计进行测试，这意味着：(a) 对需求满意度进行测量；(b) 对船舶设计的成本进行估算。衡量需求满意度需要为每项需求定义衡量标准。成本应是生命周期成本，但预算可能仅用于购置新船。然后与利益相关者讨论测试结果。如果测试结果令人失望，则必须修改需求集和/或预算。重要的是，需求和/或预算的修改是利益相关者与系统设计者之间对话的结果：利益相关者可能不得不降低他们的期望值。如果测试结果良好，军舰设计过程就可以进入下一阶段。图 1 所示模型的结果是一套连贯的需求、预算和舰艇概念设计。该数据集是下一阶段（开发阶段）的起点，开发阶段可由外部机构（如海军建筑和海洋工程公司）完成或与之合作完成。

图 2 - 军舰设计流程模型

把握利益相关者的期望，控制需求和/或预算修改过程，对新战舰的战斗力至关重要。事实上，它们对任何新产品或服务的成功都至关重要。系统工程国际标准正是建立在这一观点的基础之上[1]。该标准定义了一个概念和流程框架。应用该框架应能保证交付的产品在其开发后的生命周期阶段（使用、支持、退役）取得成功。一个合乎逻辑的结论是，正确的舰船设计实际上是系统工程在舰船设计领域的应用。这是北约舰艇设计能力小组（SDCG）十五年前得出的结论，当时该小组成立了海军舰艇系统工程专家小组（STNSSE）。ST-NSSE 在 2011 年发表的一份工作文件中建议，北约国家应在旨在采购新战舰的项目或计划的概念阶段应用系统工程[2]。将系统工程应用于军舰设计会产生军舰设计领域特有的活动、工件和工具。ST-NSSE 目前正在编写新的北约海军舰船系统工程标准，以便捕捉这些特定领域的内容。

根据一系列要求和预算设计舰船通常需要强大的软件工具支持。然而，对舰船设计过程中其他部分的支持却很有限。设计活动的工作可能非常出色，但不幸的是，如果其他活动做得不好，最终产品很可能不成功。对于军舰来说，这意味着：在战斗中无效。兵棋推演有可能改善这种状况。兵棋推演似乎是一种重要的工具，既能捕捉利益相关者的期望，又能控制需求和/或预算修改过程。兵棋推演将利益相关者和系统设计者（如舰艇设计师和系统工程师）聚集在一起，并为两组人员交流相关信息创造了环境。为了测试这一理论，ST-NSSE 请求伦敦大学学院（UCL）提供支持：没有经验丰富的兵棋推演者的支持，就不可能进行适当的测试。接下来，ST-NSSE 和 UCL 开发了一个与大多数北约国家和整个北约组织相关的作战环境。创建作战环境是为了回答一个重要而相关的问题：

仅使用舰外海上无人系统而不是传统的反潜战护卫舰来保护两栖特遣舰队抵御敌方潜艇是否可行？

ASW 兵棋推演

需要一个与当前利益相关的有意义和现实的分析主题，以确保主题的相关性是明确的。因此决定研究在反潜战(ASW）中使用舰外系统的问题。这是北约及其许多成员国相当感兴趣的一个领域，北约战略防御倡议（SD）计划下的一个项目目前正在该领域考虑 "现实世界 "的概念。由于信息共享和参与者方面的限制，NSSE 兵棋推演研究必须作为非保密研究进行，但人们认为，尽管如此，这项研究仍能产生有意义的结果和见解，这将有益于反潜作战界，并可作为兵棋推演概念评估有效性的试验平台。

核心 ABF 兵棋推演系统需要额外开发，以涵盖拟议系列兵棋推演中探索的能力。这项工作由尼克-布拉德比尔博士负责，重点是创建反舰导弹模型（在 2023 年之前，ABF 主要用于水面战游戏），并考虑舰外系统及其特点，如环境和性能限制、性能特点以及发射和回收。

图 3 - BAE 系统公司的 T-650 无人机携带一枚轻型反潜鱼雷[BAE SYSTEMS}

图 4 - SEABER 小型模块化 UUV，REPMUS 2023 试验

反潜战兵棋推演系列介绍

该演习的作战背景被选定为反潜战的部署、维持和恢复，或者更准确地说，是探索在行动的部署、维持和恢复阶段利用舰外自主系统来防御两栖特遣舰队的敌方潜艇：在行动的部署、维持和回收阶段，探索如何利用艇外自主系统为两栖特遣舰队抵御敌方潜艇。

在兵棋推演中，将对 "艇外功能 "未来部队的性能与传统反潜武器的性能进行比较。演习中会出现几种情景。每个场景结束后，都将对反潜战屏障的有效性进行评估，并提出改变舰外自主系统组合的建议，以提高屏障的有效性（同时不增加大量额外费用）。

兵棋推演系列进行如下：

训练场景，使参与者尽快了解游戏机制
使用现有反潜战平台和战术对该场景进行初步兵棋推演
至少进行两次游戏，将现有能力全部或部分替换为舰外等效能力游戏设定为在面临潜在敌对潜艇和水面威胁的情况下执行非战斗人员撤离行动（NEO）。

兵棋推演的背景是虚构的弗洛林和吉尔德两国，前者饱受内战和自然灾害的困扰，后者的领土目标是弗洛林，并支持内战中的叛乱派别。蓝军将从弗洛林进行近地撤离，红军（吉尔德）则主要通过使用小型常规潜艇来阻止撤离。因此，蓝军（以下简称 "蓝军"）包含了保护近地天体的反舰导弹部队。

图 5 - 北约反潜战兵棋推演的游戏区域和棋子

图 6 - ASW 游戏小组/单元组织结构

探索能力

"蓝方 "的初始力量基于现有的常规反潜能力，如反潜护卫舰、舰体安装和拖曳阵列声纳以及由直升机或（极端情况下）护卫舰本身发射的鱼雷。在整个系列比赛中，对蓝队可用的舰外能力进行了审查，并在发现能力差距时予以加强。计划增强的能力包括

使用细线牵引阵列探测潜艇的无编队水面航行器（USV）。这些设备的优点是速度快，有机会进行持续通信，但被认为受海况限制，容易被探测到，而且相对容易受到攻击
使用类似细线牵引阵列的无螺纹水下潜航器（UUV）。这些飞行器的优点是在与目标相同的介质中运行，安静且不易被探测到，但速度较慢，而且在没有水下通信网络的情况下，需要按照预先规划的报告周期按计划路线运行。
部署声纳浮标和轻型鱼雷的无人驾驶飞行器（UAV）。出于有效载荷的考虑，特别是在携带鱼雷时，会限制其速度和续航能力，因此蓝队通常选择与传统的反潜直升机协同作业。

图 9 - "平衡舰队 "舰船和系统能力卡

随着比赛的进行，发现了能力上的差距，并提出了建立新系统来弥补这些差距的建议。这些建议包括

海底通信基础设施--已经讨论过，但没有在比赛中部署。如果部署了这一基础设施，UUV 的效用就会得到增强，虽然这对处于锚地的 HVU 的防御情况有明显的好处，但很难部署来支持公海反潜。
可部署的被动声纳系统--"辐辏 "海底传感器阵列，与主动式中央通信浮标有线连接，可与船上或岸上的控制点进行实时通信和数据共享。这为防御的 HVU 建立了一个近乎坚不可摧的屏障（以至于红方潜艇指挥官拒绝通过该屏障），但其部署和恢复需要时间，这意味着在撤离阶段，这些资产大多被放弃（恢复会使恢复的舰艇在相当长的一段时间内暴露在潜艇威胁之下）。
基于 USV 的鱼雷防御系统。该方案要求反潜巡逻屏障和维持该屏障的护卫舰在离 HVU 所处锚地有一定距离的地方执行任务。这意味着敌方潜艇可以穿透屏障，即使是在远距离，也能对嘈杂的 HVU 形成射击方案，这样它们就能发射大量的自导鱼雷，而这些鱼雷是不可能被反击的。护卫舰已经配备了鱼雷硬杀伤系统，有人建议在 USV 上也部署同样的系统，以保护锚地。该系统作为一项能力增强措施被开发出来，并在第 3 天的比赛中进行了部署，成功地提供了有效的防御。

系列兵棋推演的结论

三天比赛结束后，选手们聚集在一起，讨论他们对比赛效果的看法、意见和结论，并就反舰导弹屏障项目的学习要点和意见展开讨论。这一讨论延续到了第二天，在场的 ST/NSSE 成员也参与了讨论。得出的结论如下

概念和能力评估

1.尽管比赛仅使用非保密的公开源数据，但比赛揭示的能力优势、发展路径和概念展示均符合 "真实世界 "的轨迹。

2.主题专家以建设性的态度参与了整个活动。有人担心主题专家会把注意力集中在开放源信息所产生的有限的现实元素上，但这种情况并没有发生。

3.兵棋推演是对正在考虑的一些先进平台、系统和作战概念的 "设计验证"。

4.兵棋推演提供了一个框架，帮助设计人员和其他人员了解应提出哪些问题。在进行更广泛的分析之前，它提供了问题或能力差距的 "鸟瞰图"。

5.兵棋推演可用于调查广泛的备选方案，然后将重点放在潜在效益更大的方案上。这可以将有限的资源集中用于后续行动分析工作。

6.这一过程的灵活性得到了很好的体现。新元素的引入和测试都很迅速，而能力的有效性也很容易改变，以便进行敏感性分析。这得益于中小型企业的参与，专家们（根据他们的经验）对能力表现提出的意见可以迅速转化为更切合实际的游戏机制、单元等。

7.这一过程允许快速调查颠覆性技术的影响。

8.兵棋推演可以发现那些看起来很有前景但却收益甚微的领域。在该战役中，UUV 的使用被认为收益甚微，但其原因（以及潜在的未来缓解途径）也被确定下来。

9.快速考虑和创造未来能力的能力带来了快速考虑如何应对这些能力的能力。这使得 "军备竞赛 "成为可能。

10.了解一种能力或概念存在的背景，就能探索与其他能力的接口和互动。它可以发现在传统环境中单纯讨论概念所无法显现的（高阶）效果。

11.它有助于为决策提供信息，形成一个框架来解释为什么一个概念可能值得或不值得推行。

游戏执行

1.每场比赛后的赛后总结对于了解红蓝行动之间的互动至关重要。在听取汇报的同时捕捉见解/反馈。

2.白方的洞察力来自总体视角。评判员至关重要，应及时记录下他们的想法。考虑为比赛配备至少一名专职报告人，最好为红、蓝、白小组/团队各配备一名报告人。

3.考虑哪些地方的结果是 "幸运的 "或稳健的。这些都应作为见解记录下来。

4.明确预期成果、能力需求等的重要性。每个人都应了解游戏的目的和目标。这不应妨碍记录对其他方面的见解和观察。

5.输并不可怕--输了就能学到东西。兵棋推演应该是一个 "安全的失败场所"。如果玩家感觉不好，那是好事，因为他们在自己的角色中实现了良好的投资。

6.游戏的构建相对较快（速度取决于预先存在的材料和已经建立的 UCL ABF 系统基础）。这个游戏大约花了 1 个月的时间准备。游戏设计过程表明，一个新的变体可以在一周左右的时间内完成并运行。

7.迭代--也就是速度--对这种游戏的成功至关重要。

8.重复--玩家可能倾向于在某些方面过度补偿，但随后可能会迭代到一个合理的中等水平。整体经验会带来好处。

9.玩家的参与至关重要。应让玩家有事可做，但要注意平衡工作量，尤其是红队和蓝队。

10.管理玩家人数--团队中玩家过多会导致 "决策瘫痪" 11.

11.在不同小组中轮换队员的做法很有效，从不同角度获得的不同见解很有价值，特别是在后来的比赛中，队员们扮演了不同的角色。

12.进行多个游戏可以很好地探讨概念。如果这个练习是一个真正的概念分析任务，而不是一个 "原理验证"，我们可能需要更多的迭代，例如模块化护卫舰任务舱大小的变化。因此，我们需要更多的时间--也许需要一周--来进行更多的并行游戏。

13."导弹蠕变"是一种风险，因此游戏控制者需要严格控制研究/变量的范围。但要注意不要扼杀创新。

14.要警惕 "心理学"、自杀倾向和 "最后一轮 "狂热。应减少意外的游戏结局。

15.双方的吸引力显而易见。

16.游戏在UNCLASS开发和运行。在适当的环境下，显然有能力以更高的分级进行特定的研究。

17.包括参与（除了探测、跟踪、分类和识别）对玩家的参与和代理至关重要，并将增加对部队能力的学习、讨论点和洞察力。

18.在未来的迭代中，可以让两个团队分别扮演红方和蓝方--这将有助于平衡工作量，减少 "红方心理 "问题，并让每个人都能深入了解双方。

培训和其他益处

1.游戏对非工程技术人员的培训和熟悉情况有明显的好处。人们认为，参与这样的活动，无论是作为分析活动还是培训活动，都会对工程和操作以外的人员大有裨益。例如，商业/财务人员可以深入了解决策对其所在领域的影响，并理解 "军事 "需求为何重要。

2.该游戏使反潜战的非专业人员对反潜战的战术、程序和系统有了更好的了解。对于其他领域的专家来说，它提供了一个很好的载体，让他们了解设计和操作的背景--你所在的方面如何与更大的整体相联系（例如生存能力、噪音、机动性、加速度、飞行甲板操作、精益乘员、自动化系统）。

3.这些游戏显示了让资深者/决策者参与实体游戏的益处。兵棋推演促进了互动、个人投资，并为前辈们提供了一个机会，使他们对自己的项目和能力领域有更广泛的了解。

北约小组得出的结论

ST-NSSE 成员在兵棋推演中扮演了各种角色。他们观察了利益相关者和系统设计者如何交换信息。利益相关者是主题专家：他们具有反潜战经验，对新的舰外海上无人系统取得成功所需的条件有独特的见解。一般来说，系统设计人员在系统如何在预定作战环境中部署和运行方面汲取了重要的经验教训。专题专家了解了新技术的潜在能力和局限性。结论是，信息交流是重要和相关的，对设计有效的新反潜战能力至关重要。总之，试验和试验结果都被认为是非常成功的。所以，ST-NSSE 将把兵棋推演作为一项基本的特定领域活动纳入北约新的海军舰艇设计标准。

ST/NSSE 的主要目标是展示和探索兵棋推演在支持设计和概念分析方面的作用。我们认为这一目标已经实现。游戏（在非保密限制范围内）展示了

与传统安排相比，使用舰外资产的反舰导弹屏障系统的潜在效力、
该系统各组成部分的优点和缺点、
拟议概念中的能力差距和潜在解决方案、
兵棋推演是一种非常有力的方法，可以发现由许多组件组成的系统（如可部署的反舰导弹屏障系统）中哪些组件和特性实际上是必不可少的、
兵棋推演包括许多相关因素，如传感器和武器建模的复杂性、环境影响、系统能力和局限性、概率建模、交战规则等。
兵棋推演是一项需要经验丰富的兵棋推演者（如来自 UCL 的兵棋推演者）提供支持的活动，以确保学习要点，包括那些关于实际不可行的负面经验，都是相关的、
兵棋推演与建模和模拟（M&S）的目的不同：兵棋推演着眼于全局，因此不能用于研究作战问题的多种变化（这将耗费太多时间）；而 M&S 可用于详细研究作战问题的多种变化，与兵棋推演相比，问题范围要小得多、
可以利用 M&S 的结果来开发兵棋推演模型。