Abbiamo a che fare sempre più spesso, magari anche senza averne la giusta consapevolezza, con modelli del mondo invece che con il mondo reale. E, sempre senza accorgercene, usiamo delle simulazioni che si basano su tali modelli per risolvere i nostri piccoli (o grandi) problemi quotidiani.
La modellazione e la simulazione sono una risorsa preziosa al nostro servizio. Cercheremo di capirne le caratteristiche generali e gli aspetti più particolari che interessano il mondo della difesa, gli usi attuali e le possibili evoluzioni nel tempo.
Modelli e Simulazioni
Un "modello" è semplicemente una rappresentazione semplificata di un aspetto del mondo reale riportata in un dominio di modellazione diverso da quello reale. È un modello quindi una cartina stradale del nostro quartiere su carta, come anche la mappa dello stesso quartiere alla quale accediamo tramite Google Maps.
Nel caso della cartina/mappa l’aspetto del mondo reale che vogliamo rappresentare è la realtà fisica nella quale viviamo (il nostro quartiere) mentre il dominio di modellazione nel quale lo rappresentiamo è quello di un supporto fisico cartaceo (nel caso la cartina stradale) o di un ambiente informatico (nel caso dell’applicazione Google Maps).
Occorre subito mettere in luce come esistano diversi tipi di rappresentazione del mondo reale. Rappresentazioni che si differenziano perché gli aspetti che abbiamo necessità di modellare possono essere tanti, in dipendenza dell’uso che vogliamo fare del modello.
Facciamo un esempio pratico sfruttando ancora l’esempio della cartina. Se voglio capire quale strada percorrere con la mia auto per arrivare da un paese ad un altro mi può bastare una cartina stradale. Ma se invece voglio fare una escursione a piedi per raggiungere la cima di una collina è più adatta una cartina escursionistica, cioè un modello che invece dei distributori di carburante e delle attrazioni turistiche riporti le curve di livello i sentieri e le sorgenti, cioè una rappresentazione grafica di elementi reali utili a farmi valutare il miglior percorso tra i boschi. In cosa differiscono le due cartine (quindi: i due modelli)? Nelle caratteristiche del mondo reale modellate.
Se vedo a passeggio per i boschi mi interessano le curve di livello, i sentieri, le sorgenti; se faccio turismo con la mia auto e vado a visitare i paesini mi interessa invece sapere dove sono posizionati i distributori di benzina o i musei. Succo del discorso: di uno stesso dominio reale possono esistere diversi modelli che differiscono tra loro per gli aspetti che sono effettivamente rappresentati.
Una "simulazione" è invece la trasposizione di una attività in un ambiente in cui, invece del mondo reale, si usa un modello di simulazione che rappresenta uno o più aspetti del mondo reale stesso.
Esempio pratico, partendo dal nostro esempio della cartina: domani ho in programma di andare da Roma a Tarquinia; apro google maps e scelgo di ottenere le indicazioni stradali, selezionando i punti di partenza e di arrivo, scegliendo l’auto come mezzo di trasporto, chiedendo di suggerirmi un itinerario con orario di partenza le ore 9 del giorno successivo.
Cosa ho fatto? Invece di provare realmente un percorso, ho chiesto alla app di Google di simularlo. E, in questo caso, ho scoperto che ho tre possibili scelte (da Civitavecchia, da Orte o da Sutri), di durata e lunghezza diverse, diversa durata del viaggio, diversi posti visitabili durante l’itinerario, diverse previsioni sul traffico che potrei incontrare. Ho quindi usato un modello del territorio e una simulazione basata su tale modello. E li ho usati per avere delle informazioni che, se avessi usato il mondo reale, sarebbe stato molto più complicato e costoso ottenere. Informazioni ottenute facilmente e velocemente che mi consentono di fare una scelta (l’itinerario da percorrere) più adatta ai miei bisogni.
Dall’esempio appena fatto si capisce perché si parla di modelli di simulazione. Il nostro esempio sulla cartina (in formato cartaceo e digitale) è veramente banale. Oggi i modelli di simulazione sono stati sviluppati in molti campi, anche perché aiutati dalla potenza e dalla disponibilità degli strumenti di simulazione digitale: modelli di circuiti elettrici, modelli di edifici, di strutture meccaniche; modelli atmosferici per le previsioni meteo; modelli di ecosistemi; modelli di corpi celesti; modelli per simulatori di volo… e chi più ne ha più ne metta.
I vantaggi per cui simulare una attività (usando un modello) piuttosto che effettuarla realmente sono diversi:
• Poter testare diverse ipotesi e confrontarle (esempio dei diversi percorsi su Google Map)
• Riuscire a valutare l’evolversi delle situazioni comprimendo i tempi (si pensi alle previsioni del tempo)
• Valutare delle modifiche del sistema modellato (come migliora la resistenza sismica di un edificio costruito se modifichiamo una delle strutture portanti?) e/o capire quali sono gli elementi più critici ai fini del raggiungimento di un certo obiettivo (quali elementi meccanici posso rinforzare per ottenere una maggiore resistenza torsionale di un sottosistema meccanico?)
• Valutare possibili situazioni inattese (si pensi al training dei piloti sui simulatori di volo per addestrarli a gestire i malfunzionamenti)
• Migliora la fase di progettazione di un sistema:
- Definire con accuratezza i requisiti del sistema da progettare
- capire quale alternative progettuali sono le più efficaci
- avere un flusso di dati di test coerente e significativo
- dare evidenza al cliente delle performance del sistema progettato
Ci sono ovviamente dei rischi che si corrono ad usare in maniera impropria le simulazioni basate su modelli, i principali dei quali sono:
• modellazione inaccurata (non ho modellato con sufficiente accuratezza alcune delle grandezze reali)
• modellazione inappropriata (ho modellato solo alcune di quelle grandezze che effettivamente mi sarebbero servite per raggiungere il mio scopo)
• Assunzioni errate (ho modellato il sistema reale considerando dei prerequisiti che non sono poi rispettati nella simulazione)
• Errore negli stimoli (sto alimentando il modello con dei dati non realistici)
Una volta messo a fuoco il contesto concettuale del simulation and modelling (esistono tante trattazioni sul web, per esempio1 passiamo ora scoprire come questa disciplina e come le sue best practices abbiano giocato e stiano rappresentando un ruolo molto importante nel mondo della difesa, cominciando con alcuni cenni storici.
Cenni storici sulle simulazioni
Oggi leghiamo indissolubilmente il concetto di simulazione all’uso dei computer ma, se ci riflettiamo, i modelli e le simulazioni possono esistere indipendentemente dallo strumento che si usa per simulare.
Il più semplice ragionamento di un essere umano, quasi sempre, si basa su una rappresentazione mentale delle conseguenze delle sue azioni sul mondo circostante: se faccio questa azione, accadrà questo evento perché il mondo che mi sta circondando (altre persone, la macchina che sto guidando, etc.) si comporterà così; quindi mi conviene fare… E cosa altro è questo che abbiamo descritto se non una simulazione basata su modelli mentali del mondo esterno e dei loro comportamenti?
E sicuramente le prime simulazioni per i primi homo sapiens sono state basate sull’esecuzione immaginata (tramite il proprio cervello) di modelli empirici (mentali) dell’ambiente circostante. Simulazioni usate, per esempio, per le battute di caccia. O anche per i primi combattimenti tra clan rivali. Ed è una ipotesi abbastanza accreditata che le prime pitture rupestri, raffiguranti la selvaggina da cacciare, possano essere state usate dagli stessi uomini primitivi per esercitarsi, oltre che in funzione propiziatoria, nelle battute di caccia, stante che sono state trovate su alcune di esse segni di colpi di lancia2. Possiamo quindi interpretare tali pitture come un “modello” dello scenario di caccia e della possibile preda.
Senza voler resocontare in modo sistematico ed esaustivo tutte le tappe di come si è evoluta la simulazione delle battaglie, può essere divertente menzionare, anche solo a livello folcloristico, il gioco degli scacchi. Gioco che ha probabilmente avuto origine come simulazione di una battaglia (deriva dal gioco indiano Chaturanga, vi sono simboleggiate le quattro parti di un esercito dell’epoca: carri, elefanti, cavalieri e fanti). Ed è utile riflettere sul fatto che, per molto tempo, i contendenti in una battaglia erano soliti raffigurare e simulare le mosse del nemico tramite “sand table”, cioè delle rappresentazioni delle forze in campo dispiegate su una carta topografica3.
Simulare le forze del nemico, le possibili evoluzioni di una battaglia, o anche solo esercitarsi tramite una cartina topografica, ha ovviamente molti limiti legati alla possibilità di diversificare gli scenari, di modellare il comportamento delle forze in campo. È facile capire quindi come solo con l’avvento dei computer il modelling e simulation (M&S) abbia decisamente assunto un ruolo importante in diversi ambiti, tra cui anche quello militare.
I computer consentono infatti di usare modelli più complessi, capaci di reagire in tempi paragonabili (se non più rapidi) di quelli dei sistemi reali, di registrare le azioni dei partecipanti alla simulazione e di poter analizzare in un secondo momento gli esiti della simulazione senza distruggerli irrimediabilmente.
Vedremo nel prossimo articolo come le moderne simulazioni rivestano un ruolo importante nel mondo delle forze armate.
Leggi la seconda parte "Cosa sono i modelli di simulazione: il contesto della difesa"
Leggi la terza parte "Cosa sono i modelli di simulazione: i centri di simulazione in Italia e nel mondo"
1 INTRODUCTION TO MODELING AND SIMULATION, Anu Maria, State University of New York at Binghamton, Link
2 Incisioni e pitture rupestri: http://segnodisegno.it/incisioni-e-pitture-rupestri/
3 Sand Table: https://military-history.fandom.com/wiki/Sand_table
Foto: U.S. Air Force / web / Google Maps / U.S. Navy
