Measuring combat effectiveness

Abstract

Much of the work we do at the Norwegian Defence Research Establishment (Forsvarets forskningsinstitutt – FFI) is related to developing and testing solutions (concepts, technologies, etc.) that might increase combat effectiveness. But what is really meant by combat effectiveness, which factors affect combat effectiveness, and how can combat effectiveness be quantified and measured? These are the three main questions we address in this report. There is no precise and unambiguous definition of combat effectiveness. However, combat effectiveness can in general be said to be a measure of a combat system’s ability to solve a given task or mission, or a measure of how well a combat system solves a given task or mission. In this context, a combat system can for example be a weapon system, a group of fighting entities, a force structure element, or a force structure. Generally, there are mainly two directions regarding which factors that are important for combat effectiveness. The first direction looks at combat effectiveness mainly as a result of human factors. The other direction has a more holistic view of combat effectiveness and is concerned with all factors that can possibly affect the course of a battle, including both human and material resources, environment, and task or mission. In this report, we will follow the holistic view of combat effectiveness. Measuring and analyzing combat effectiveness is a complex and challenging task. Data from realworld warfare are often scarce, and it is of course not possible to experiment with warfare in the real world. Modelling and simulation (M&S) is therefore essential for experimenting with different weapon systems and force structure elements. Combat models, however, are simplifications and will never represent all aspects of reality. Simulation of modern combat with sufficient realism is very challenging, especially when it comes to human factors. What we are mainly interested in, is to assess and compare the relative combat effectiveness of different combat systems executing the same task or mission against the same enemy. To estimate the relative combat effectiveness between two or more combat systems is something that usually can be done, with sufficient confidence, by using simulations and simulationsupported wargames. In this report we first describe the background for this work. Then, we give an introduction to modelling and simulation (M&S) of combat. After this, we discuss what combat effectiveness means from a system-theoretic perspective, present some definitions of combat effectiveness, and discuss the factors that can affect combat effectiveness. Moreover, we describe and discuss some of the approaches for quantifying and measuring combat effectiveness that have been suggested in the literature. Finally, we discuss how we use simulations and simulation-supported wargames to assess and compare the relative combat effectiveness of different combat systems.

Mye av arbeidet vi gjør ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) er relatert til utvikling og testing av løsninger (konsepter, teknologier osv.) som kan øke stridseffektivitet. Men hva menes egentlig med stridseffektivitet, hvilke faktorer påvirker stridseffektivitet, og hvordan kan stridseffektivitet kvantifiseres og måles? Dette er de tre hovedspørsmålene vi diskuterer i denne rapporten. Det finnes ingen presis og entydig definisjon av stridseffektivitet. Imidlertid kan stridseffektivitet generelt sies å være et mål på et stridssystems evne til å løse en gitt oppgave eller et gitt oppdrag, eller et mål på hvor godt et stridssystem løser en gitt oppgave eller et gitt oppdrag. I denne sammenhengen kan et stridssystem for eksempel være et våpensystem, en gruppe av kampentiteter, et styrkestrukturelement eller en styrkestruktur. Generelt finnes det hovedsakelig to retninger vedrørende hvilke faktorer som er viktige for stridseffektivitet. Den første retningen ser hovedsakelig på stridseffektivitet som et resultat av menneskelige faktorer. Den andre retningen har et mer helhetlig syn på stridseffektivitet og er opptatt av alle faktorer som kan påvirke forløpet i en strid, inkludert både menneskelige og materielle ressurser, miljø og oppgave eller oppdrag. I denne rapporten vil vi følge det helhetlige synet på stridseffektivitet. Å måle og analysere stridseffektivitet er en kompleks og utfordrende oppgave. Data fra krig i den virkelige verden er ofte vanskelig å få tak i, og det er selvfølgelig ikke mulig å eksperimentere med krigføring i den virkelige verden. Modellering og simulering (M&S) er derfor avgjørende for å eksperimentere med forskjellige våpensystemer og styrkestrukturelementer. Modeller av strid er imidlertid forenklinger og vil aldri representere alle aspekter av virkeligheten. Simulering av moderne strid med tilstrekkelig realisme er svært utfordrende, spesielt når det gjelder menneskelige faktorer. Det vi hovedsakelig er interessert i, er å vurdere og sammenlikne den relative stridseffektiviteten til forskjellige stridssystemer som utfører samme oppgave eller oppdrag mot samme fiende. Å estimere den relative stridseffektiviteten mellom to eller flere stridssystemer er noe som vanligvis kan gjøres, med tilstrekkelig pålitelighet, ved å bruke simuleringer og simuleringsstøttede krigsspill. I denne rapporten beskriver vi først bakgrunnen for dette arbeidet. Deretter gir vi en introduksjon til modellering og simulering (M&S) av strid. Etter dette diskuterer vi hva stridseffektivitet betyr fra et systemteoretisk perspektiv, presenterer noen definisjoner på stridseffektivitet og diskuterer faktorene som kan påvirke stridseffektivitet. Videre beskriver og diskuterer vi noen av tilnærmingene for å kvantifisere og måle stridseffektivitet som er foreslått i litteraturen. Til slutt diskuterer vi hvordan vi bruker simuleringer og simuleringsstøttede krigsspill til å vurdere og sammenlikne den relative stridseffektiviteten til forskjellige stridssystemer.