《增强美国防部模拟训练环境中的信息系统集成》412页论文

尽管最近在美国防部参谋培训和兵棋推演模拟中对后勤因素的表现有所进步，但后勤信息系统（IS）的表现仍然不足。许多指挥与控制（C2）系统可通过通用协议（如 OTH-Gold）与仿真集成，但许多后勤信息系统与仿真-信息系统（sim-IS）的集成则需要人力密集的 "人在回路"（HitL）过程。在已实现自动仿真-IS 集成的地方，通常无法仿真重要的社会技术系统（STS）动态，如信息延迟和人为错误，从而使决策者无法真实地了解物流 C2 的能力。本研究试图通过开发和验证一种通过机器人流程自动化（RPA）进行模拟-信息系统信息交换的新方法，克服传统模拟-信息系统互操作性方法的局限性。RPA 软件通过 IS 现有的图形用户界面支持 IS 信息交换的自动化。这种 "由外而内 "的 IS 集成方法减少了为自动信息交换而对 IS（或模拟）进行工程更改的需要。除了验证基于 RPA 的模拟-IS 集成方法的潜力外，本研究还提出了分布式模拟工程和执行过程（DSEEP）覆盖的建议，以指导模拟-IS 环境的工程设计和执行。

在现代工作场所和战场上，日益强大的信息系统和相关业务流程的激增，需要有能够体现信息系统（IS）和相关社会技术系统（STS）动态的人员培训环境。需要这样的环境来锻炼组织流程和信息系统，并培养人员的能力。尽管在仿真支持的人员培训环境中，一些指挥与控制（C2）系统的表现形式取得了进步，但在表现包括许多后勤信息系统在内的 "人在回路"（HitL）信息系统以及影响这些信息系统如何在作战环境中填充的 STS 动态方面，仍然存在局限性。现有的模拟和 C2 系统集成手段不足以支持自动模拟信息系统（sim-IS）的信息交换和 STS 动态模拟。

这项研究探索了机器人流程自动化（RPA）如何促进模拟信息系统信息交换和 STS 动态模拟自动化的新方法。研究采用了设计科学研究（DSR）方法，以确定基于 RPA 的模拟-IS 信息交换方法能否支持自动化模拟-IS 信息交换和 STS 动态模拟，以及如何设计和开发这种基于 RPA 的模拟-IS 环境。这些研究问题是通过开发和验证两个 DSR 工件来解决的：一个是基于 RPA 的模拟-IS 信息交换架构原型形式的实例化工件，另一个是分布式仿真工程和执行过程（DSEEP）（IEEE Std 1730，2011 年）模拟-IS 环境覆盖建议形式的方法工件。从 DSR 的意义上讲，实例化工件已通过验证，能够支持自动模拟-IS 信息交换和指定 STS 动态模拟。模拟的 STS 动态包括时间动态（信息延迟和及时性变化）和信息内容退化（准确性、精确性和完整性变化）。这是通过建模与仿真（M&S）验证和确认过程实现的，包括在实验室和现场环境中对实例化工件进行定量和定性分析。

通过在受控实验室环境中的两个模拟-IS 环境中对原型的性能进行定量分析，对基于 RPA 的模拟-IS 架构支持自动模拟-IS 信息交换和特定 STS 动态模拟的能力进行了验证。在一个模拟-IS 环境中，海军陆战队空地特遣部队（MAGTF）战术战争模拟（MTWS）与海军陆战队通用后勤指挥与控制系统（CLC2S）集成在一起。在另一个模拟-IS 环境中，实体级建设性模拟--联合冲突与战术模拟（JCATS）与 CLC2S 集成。在这两个模拟-信息系统环境中，都使用了图 1 所示的基于 RPA 的模拟-信息系统信息交换架构，将建构模拟和 HitL 后勤信息系统集成在一起。

图 1. 基于 RPA 的模拟信息系统信息交换架构

对原型架构在两种模拟-IS 环境中的性能进行定量分析的结果表明，基于 RPA 的模拟-IS 信息交换方法可支持自动模拟-IS 信息交换和 STS 动态模拟。在时间动态模拟方面，发现及时性和延迟分布的模拟与目标分布充分吻合，每个场景的奇平方拟合度检验值都超过了 0.95 临界值。对信息内容退化的模拟观察具有实际意义，但不具有统计意义。虽然该架构为模拟信息系统信息交换提供了足够的准确性和精确性，但确定基于 RPA 的模拟信息系统信息交换的及时性需要考虑所支持的特定模拟信息系统环境。在设计和开发基于 RPA 的模拟-IS 环境时，开发了解决这一问题的技术，并在模拟-IS 环境的 DSEEP 重叠建议中得到了解决。

定量分析的结果是必要的，但不足以支持对基于 RPA 的模拟-IS 架构的验证。在实地环境中为领域主题专家 (SME) 进行了架构演示，以支持对该工具在支持其预期用途方面的实用性进行定性验证。演示和随后的中小型企业访谈结果表明，拟议的基于 RPA 的架构将支持在促进员工培训的模拟信息系统环境中的预期用途。这包括支持在人员培训环境中表现更多的 HitL 信息系统的潜力，以及模拟 STS 动态的潜力，否则人力或成本将无法表现。

为 DSEEP 开发的方法工件--模拟-信息系统叠加建议，旨在促进模拟-信息系统环境的设计和开发，这些环境代表了目标集成业务流程和相关 STS 动态，包括使用基于 RPA 的模拟-信息系统信息交换方法。虽然 DSEEP 为分布式仿真环境的工程设计和执行提供了指导，但它并没有为支持仿真-IS 环境提供必要的指导。本研究针对 DSEEP 重叠中需要解决的问题提出了 43 项具体建议，以指导模拟-IS 环境的工程设计和执行，重点是支持基于 RPA 的模拟-IS 信息交换。这些建议是在设计、开发和验证基于 RPA 的模拟-IS 架构的同时提出的。提供的许多建议与设计、开发和测试基于 RPA 的模拟信息系统架构原型过程中发现的障碍以及为克服这些障碍而开发的工具和技术直接相关。

除了展示和验证一种基于 RPA 的新方法，用于 Sim-IS 信息交换和工作人员培训的 STS 动态模拟之外，这项研究还为设计支持其他领域的模拟-IS 环境提供了新的机遇。基于 RPA 的模拟-信息系统信息交换方法所带来的低成本、模块化模拟-信息系统环境，可以支持一种新的兵棋推演环境，增强对现实世界中的 HitL 信息系统以及填充这些系统的综合业务流程的表现力。它还可以为集成业务流程本身的持续共同发展提供一个灵活的环境。本研究为探索和开发基于 RPA 的模拟信息系统信息交换方法迈出了第一步，该方法可支持在模拟支持环境中增强 HitL 信息系统的代表性，以支持人员培训和其他重要问题空间。