美国海军分析中心发布“海军人工智能框架”报告

2019年9月29日，美国海军分析中心(CNA)受美国海军作战部委托编写并发布了《海军人工智能框架》报告。本文编制了报告中的海军人工智能框架草案，主要介绍了海军部(DON)面临的挑战以及如何将人工智能的应用与海军的关键任务联系起来，并阐述了海军部高效利用人工智能所需的人员配备和组织要求、政策考虑和措施。1必要性

人工智能已经改变了战争的性质。它可以降低海军陆战队和海军陆战队的作战风险，提高任务效率，并带来革命性的新战术和战略。它在摧毁敌人和战场上起着决定性的作用。在大国竞争的背景下，各国都在争分夺秒地发展人工智能技术，积极寻求利用人工智能技术的机会。如果美国海军不立即采取行动正视人工智能的价值，海军和海军陆战队可能会失去在海上竞争的资格，并在未来牺牲整个企业的关键效率和能力。2目的

该文件旨在为人工智能在海军中的有效使用提供一个灵活的框架。海军部正在努力加快人工智能在海军中的应用，并尽快明确人工智能的应用方向。在军事创新的成功案例中，成功不仅取决于技术发展，还取决于围绕关键理念有效指导和实施体制变革。然而，在某些历史案例中，军事创新无法如期实施，因为领导人和机构无法适应新形势。海军部领导必须借鉴历史上最好的方法，在能力、流程和人员方面进行战略投资，承担一定的技术开发风险，寻求行业和其他领域的合作，并通过这些方法大力发展海军人工智能技术。3挑战

为了以指定的速度和规模提供人工智能相关能力，海军部门需要调整其组织、训练和装备，使之与新的作战概念相匹配，并参考人工智能技术的发展速度和属性。关键挑战包括:应用于作战时的技术复杂性:人工智能的认证、验证和可追溯性方面的固有挑战；不同的发展环境:R&D逐渐由商业部门主导，技术发展迅速。海军部需要做出调整，以便更快地获取和使用最先进的技术。管理投资回报:考虑效率、时间和金钱之间的关系；体制转型的困难:转型需要高层领导的认真考虑和认真管理，同时需要调动各级人员的积极性；解决缺乏标准化的问题:基础设施、软件基线、网络和数据缺乏互操作性和通用标准，这将阻碍人工智能解决方案在海军部内的大规模实施；使用海军部数据:提供发展所需能力所需的数据；快速发展:强大的竞争对手将人工智能视为超越美国和获得军事优势的机会。4基本原则

海军部必须遵守最佳方法或基本原则，以确保人工智能的成功开发和交付。这一原则不仅能促进人工智能的应用，还能为机器人技术、添加剂制造、超音速、生物技术和先进材料等新兴技术提供机会。

海军分析中心战略政策文件中可能提供的适用原则如下:为人工智能应用中数据的收集、存储、共享和使用提供战略和资源；更新计划人工智能应用中所需数据的智能和智能要求；解决道德和法律问题，如减少人工智能培训中数据收集的偏差；为非确定性自适应系统开发测试和评估程序；结合迭代开发、测试和评估来加速学习和进步；考虑系统和标准中的“人工智能就绪”特性，并定期更新。应进行稳健性培训和教育，以培养对人工智能系统的适当信任；分析人机合作，合理划分战斗人员和人工智能系统的工作量；及时跟踪主要技术发展；制定应用人工智能的政策(包括使用武力的决定)，以提高人工智能的安全性；为人工智能系统制定出口政策，以提高与盟国的互操作性，同时保护关键技术。5适用范围

为了成功地发展人工智能，海军部门必须首先普遍接受和理解人工智能的定义和分类，以便制定统一的语言和理解标准。迄今为止，人工智能技术的发展在战略游戏、语言翻译、自动驾驶车辆和图像识别等有限而明确的领域(所谓的“狭义人工智能”领域)发挥了作用。这与“广义人工智能”的概念形成了鲜明对比，“广义人工智能”是一种假设性的未来技术，它可以在动态和不确定的环境中表现得像人类一样，甚至可能比人类表现得更好。本文主要介绍“狭义的人工智能”，以及海军企业如何在执行任务的过程中充分应用这一技术。

海军部将使用美国政府作为一个整体开发的人工智能的定义、分类和标准，符合2019年2月11日发布的“维持美国在人工智能领域领先地位的行政命令”和国家标准与技术研究所(NIST)发布的“美国人工智能领域的领导地位:参与开发技术标准和相关工具的联邦计划”。6人工智能应用和人机合作

海军部正在开发一系列人工智能应用。一般来说，这些应用具有“休息”或“运动”的特征。“固定”能力是指“在软件中虚拟运行的系统，包括规划和专家咨询系统”，这些系统存在于物理世界中，包括机器人(技术)和自主车辆。决策支持和优化是人工智能的两个“静态”应用，特别适合海军企业。不同类型的应用程序具有不同的使用模式，例如独立使用或人机合作，如图1所示。

图1不同人工智能应用程序的人机交互

自主功能包括导航、传感器或武器的分配、后勤或通信功能的提供以及致命武器的使用。人工智能可以增强这些功能的有效性:在黑暗、肮脏的环境或危险的任务中替换战斗人员，并减少人力需求；缩短紧急任务的快速响应时间；与战斗人员合作，如自主无人驾驶僚机或后勤车辆。

尽管有这些优势，自治功能也有风险，例如朋友可能发动火灾袭击，造成平民伤亡和冲突升级，并影响在没有设计或规划的环境中的有效性。海军部必须采取措施降低风险。

决策支持工具结合了机器和战斗人员的优势。机器处理大量数据并过滤或搜索数据。人类有责任理解数据并将其应用于不同的情况。在复杂恶劣的环境中，人机合作的能力可以超越人或机器。人机合作的性能优化需要仔细考虑技术系统性能和人员因素。

优化功能可以通过人工智能来实现。人工智能可以获得大量数据并确定数据处理模式，这有助于系统的预维护、确定替代系统以及提高现有系统的性能(如提高反空系统的跟踪能力)。这一功能不能独立地对物理行为做出决定，也不能与人类实时互动，但它对有效和高效的海军系统和计划具有重要意义。

海军部希望通过人工智能的人机合作应用获得最大优势，并将优先积极发展人机合作应用，从中受益。为此，海军部将利用其专业技术知识和对认知过程的理解，通过系统设计和现实世界中的大量训练和演示，培养对人工智能系统的信任，重点是系统设计、训练和概念开发。

军事行动中的“观察-判断-决策-行动”(OODA)循环展示了人和机器在行动中可能发挥的作用和相互影响，从而理解如何充分发挥人和机器的优势，弥补不足。海军部的三种人工智能应用在OODA环中扮演不同的角色。自主功能最适合在人工部署之前或机器功能部署期间完成的任务。决策支持功能考虑了每个面向对象数据库循环中人和机器的优势，提高了人机合作的性能。这个函数在复杂快速的决策环境中有特殊的价值(如图2所示)。“判断”阶段取决于人的评价能力，因此人机合作能力的提高关系到人的能力。

图2人工智能应用和作战环境7核心目标

海军部(Navy Department)专注于人工智能的六个核心目标领域:人工智能与任务的结合、人工智能基础设施、人工智能管理、适应人工智能带来的变化、合作关系和政策，这将促进人工智能的有效应用。

7.1人工智能和任务的组合

海军企业在开发人工智能时采用问题驱动的方法。问题如下:海军面临的主要问题是什么？考虑到人工智能技术的要求和局限性，人工智能技术的应用存在哪些问题？海军部使用人工智能技术推进海军任务。技术正在不断改变战争方式。追溯历史，我们可以发现战场上成功的破坏性创新最初是用来解决紧急问题的。技术已经成为创新思维的驱动力。

人工智能的应用可以降低海军和海军陆战队的风险，并采用破坏性和革命性的激进作战方法。逐步提高当前性能；以及提高管理能力、工具和流程的效率。在资源有限的环境下，海军部将全面考虑自身高优先级需求、现有技术能力和海军面临的独特挑战之间的关系，以确定人工智能投资的优先级(如图3所示)。除了在关键海军领域投资，海军还将实施一系列以任务为中心的海军人工智能计划，其最初目的是提高美国和友军的防御能力，协助人道主义援助任务，减少意外和附带损害，协助人工决策，并通过商业应用提高效率。海军部已经根据“保持海上优势”2.0版中列出的优先事项开展了一些相关工作。

图3海军部人工智能主要投资领域

7.2人工智能基础设施

在数据、工具和网络等基础设施的支持下，人工智能的能力得到了快速和大规模的提高，可以在不同的海军系统和平台上实现。除了改变一些数据和智能需求以支持人工智能应用之外，该基础设施还包括一个强大且可用的共享数据库。基础设施还包括可重用的工具、框架和标准。为此，海军将扮演整个政府(情报界、NIST和DHS)以及工业界和学术界的角色。在大多数情况下，这些合作伙伴开发的功能可以直接使用或调整，以满足海军部的需求。在特殊情况下，海军部需要定制国防部/海军部解决方案。人工智能基础设施依赖于边缘计算和云服务来根据海军任务需求提供远征和企业级网络功能。

通过参考示范验证和试点项目的结果和反馈以及作战部队的经验，海军的人工智能基础设施将逐步增加，需求将得到改善。与此同时，海军部还将学习工业界、学术界和其他国家的技术进步。海军计算基础设施和海军数据战略的采购决策将利用计算能力的指数增长，以更低的价格提供可用的数据存储服务。

7.3适应人工智能引起的变化

为了快速适应，在调整后的组织结构中需要灵活的测试和管理机制，包括采用迭代方法来确定需求和可能的解决方案、评估风险、发布策略以及实现战略、战役到战术层面的变化。海军企业需要适应这些变化，确保为海军作战部队和机构提供实用有效的人工智能解决方案。

海军部需要重组和建立新的领导和组织结构，以满足人工智能应用的组织要求。机构要求的范围从海军对数据和信息的管理要求到战术单位人员结构的变化，反映了自治系统的日益普及。根据海军部统一指挥的原则，还必须指定负责人全面、快速、有效地发展人工智能和评估目标进展。

海军将对不同观点(承担一定风险)进行快速测试，确定人工智能的优先级，并在短期内促进人工智能的快速发展。根据多年的经验，海军将建立一个创新团队，指导不同任务领域的情报发展，解决人工智能的具体高优先级问题。创新团队将整合智力思维、战斗经验、理论和培训、中小科技企业和测试机会。

海军将从实验、原型设计和训练中获得经验和教训，以提高能力、要求、战略和作战概念，从失败中总结经验并加快学习。海军还将研究如何在必要时更快地开发、部署和升级功能，同时考虑人员配备、培训和维护问题。这些研究旨在利用和反馈作战部队，改进认证和验证过程，发挥人工智能的重要作用。

7.4

海军部将邀请美国公司和学术机构的人工智能专家来解决严重和紧迫的国家安全挑战。海军部将通过轮换分配和合作项目等新方法，让外部专家参与海军任务。

海军部必须培养一个具有人工智能知识的工作团队，以便有效地开发、管理和使用人工智能解决方案。同时，通过组织培训、调整职业渠道结构和发布晋升和留用政策，可以建立一个技术人员团队来开发人工智能解决方案。为了有效管理和使用人工智能，培训和教育课程将针对整个海军企业量身定制，以确保高级领导人、指挥官和操作人员的人工智能素养。海军部还将为其员工提供专业发展机会，以发展所需的能力(如数据科学家和工程师)，从而整合操作和技术专业知识，增强劳动力的整体实力。

7.5[合作/h/]

可靠的合作关系对海军部门成功使用人工智能至关重要。海军部将与工业界、学术界、盟国和其他美国政府部门合作，促进人工智能在海军中的应用。

当工业界和学术界正在指导政府研究和开发人工智能时，海军必须做出调整，以最大限度地提高其合作能力，并有效利用最先进的技术。在发展海军部内部人工智能能力的同时，美国海军部将关注人工智能在工业界和学术界的关键发展，并建立灵活的流程，及时应用这些先进的人工智能技术。海军部将加强与工业界和学术界的联系，以促进合作、对话、相互理解和信任。

盟友是海军企业的坚强后盾。海军部将与其盟国合作，建立一个强大的人工智能联盟，最大限度地利用集体资源，确保互操作性和互补能力，以加强安全，更好地应对新出现的威胁。海军部将在规划和需求、作战行动计划、系统和政策制定、测试和多边训练的所有阶段与盟国保持合作关系。

美国政府在其2019年行政命令和国防部的人工智能战略中强调了人工智能的优先地位。因此，海军部已经做出巨大努力，以自己的方式发展人工智能。在国防部和整个政府的共同努力下，进一步有效促进了人工智能的应用。

7.6政策

虽然人工智能可以给海军带来巨大的优势，但人工智能的使用也带来了法律、安全和道德问题。遵循现有政策、新政策和法律机制，海军企业致力于使用人工智能合法、安全和合乎道德地执行任务。海军部已经对作战和武器系统进行了法律和伦理审查以及安全程序。在此基础上，海军部将根据需要制定和完善政策，提前解决人工智能特定领域可能出现的法律、道德和安全问题。其他相关政策包括:新的分类考虑；验证无意偏差；合法武器审查的其他标准；人工智能系统的其他认证和验证措施；机器学习应用中训练数据的道德要求；人工智能系统(如DODD)3000.09开发和操作使用的政策指南。8摘要

海军部将优先在海军企业中有效利用人工智能，因为人工智能是超越对手的关键，可以降低任务风险和部队风险，提高海军的决策能力，提高效率。海军部将采用问题驱动的方法发展人工智能，并重视人工智能识别和降低风险的能力。海军部对任务、法律、安全和道德的承诺反映了海军和海军陆战队的专业精神。