Моделирование в электронной инженерии: обеспечение высокой надёжности электронных средств

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................................................................................. 4 
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................................................... 5 

ГЛАВА 1 

СИСТЕМНЫЕ МЕТОДЫ В МОДЕЛИРОВАНИИ И ОБЕСПЕЧЕНИИ НАДЕЖНОСТИ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ...................................................................................................................................... 11 

1.1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ............................................ 12 
1.2. ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА НАДЁЖНОСТИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ................ 18 
1.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ С УЧЁТОМ СЛУЧАЙНЫХ РАЗБРОСОВ ПАРАМЕТРОВ ..................... 20 
1.4. СИСТЕМНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ 
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ...................................................................................................... 26 

ГЛАВА 2 

ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ...................................................................................................................................... 40 

2.1. РОЛЬ МОДЕЛЕЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ .......................................................................... 40 
2.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ .......................... 49 

ГЛАВА 3 

ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ВЫСОКОЙ НАДЁЖНОСТИ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ...................................................................................................................................... 90 

3.1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ВЕРОЯТНОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ .................................................... 91 
3.2. ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ              
В СПЕЦИАЛЬНЫХ МЕСТАХ МАССОВОГО ИХ ОБСЛУЖИВАНИЯ ............................................................................. 105 
3.3. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ..................... 135 

ГЛАВА 4 

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ 
СРЕДСТВ ..................................................................................................................................................................... 158 

4.1. ПОСТРОЕНИЕ И ПОДГОТОВКА СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ К АНАЛИЗУ                  
И ПОВЫШЕНИЮ ИХ НАДЁЖНОСТИ......................................................................................................................... 160 
4.2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ КРИТЕРИЕВ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ .......................................... 173 
4.3. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ 
СРЕДСТВ ................................................................................................................................................................... 179 

ГЛАВА 5 

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ С 
ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ .......................................... 190 

5.1. МЕТОДОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ......................................................................................................................................... 191 
5.2. СИНТЕЗ, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ПО КРИТЕРИЮ 
НАДЁЖНОСТИ .......................................................................................................................................................... 199 
5.3. СВЯЗЬ РАЗБРОСОВ ВНУТРЕННИХ ПАРАМЕТРОВ С НАДЁЖНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ......................... 204 
5.4. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ..................................................... 213 

ГЛАВА 6 

МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ................................................ 222 

6.1. ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ И ПРИНЯТИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ                                            
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫСОКОНАДЁЖНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ............................................................. 223 
6.2. МОДЕЛИ ПРИНЯТИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ПО НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО СРЕДСТВА                          
В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ СИТУАЦИИ .................................................................................................... 228 
6.3. МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ НАДЁЖНОСТИ В УСЛОВИЯХ ОПРЕДЕЛЁННОСТИ ............... 232 
6.4. МОДЕЛИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ ....................................................................................... 239 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................................................................... 255 

, 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ  
 

Правительство РФ в своём Постановлении от 8 апреля 2022 г. № 619 «О 
мерах 
государственной 
поддержки 
программ 
развития 
передовых 
инженерных школ» дало новый мощный импульс подготовке инженеров для 
всех отраслей индустрии страны. К числу наиболее приоритетным 
направлениям индустрии следует отнести электронную инженерию. Без её 
изделий практически не может обойтись в той или иной степени ни одна 
другая отрасль. От медицины и сельского хозяйства, от машиностроения и 
энергетики, от социально значимой аппаратуры и до авиакосмической 
отрасли и оборонного комплекса – везде требуются разнообразные 
электронные, надёжно работающие средства.  

Если специалист по электронной инженерии имеет хорошую 
подготовку, то он довольно быстро может исследовать и понять, отчего 
электронное средство (ЭС) перестало правильно работать, и затем устранить 
причину отказа. В противном случае каждый отказ превращается в проблему 
ещё на стадии поиска причины его появления.  

Для подвижных объектов, на которых ЭС выполняет функцию в 
системе навигации и управления, его отказ может приводить к катастрофе с 
человеческим жертвами.  Поэтому всё чаще в технических заданиях на 
проектирование 
инновационного 
ЭС 
появляются 
требования 
к 
необходимости получить высокую надёжность функционирования нового 
электронного изделия. 
Данная монографии посвящена систематизации существующих и 
изложению новых методов повышения надёжности проектируемых ЭС, а 
также рассмотрению перспективных цифровых методов моделирования, 
развитие и внедрение которых могут привести к желаемому стабильному 
результату получения стойкой и высоконадёжной работы в условиях жёстких 
внешних воздействиях на ЭС. А проектное цифровое моделирование 
электрических, тепловых, механических и прочих физических процессов, 
протекающих в схемах и конструкциях ЭС при их эксплуатации, к 
настоящему времени получило широкое развитие. Об этом свидетельствует 
большой интерес сотрудников электронной инженерии к отечественной 
автоматизированной системе обеспечения надёжности и качества аппаратуры 
(АСОНИКА®), созданной под руководством автора монографии в Научно-
исследовательском университете «Высшая школа экономики».  

 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Развитие математического моделирования оказывает существенное 
влияние на научно-технический прогресс и успехи в социально-
экономической области. В электронной инженерии требуется создавать 
высоко надежно работающие сложные электронные средства (ЭС), т.к. они 
органически входят в качестве комплектующих устройств в станки с 
числовым 
программным 
управлением, 
роботы, 
транспортные, 
аэрокосмические системы и другие киберфизические системы. Все эти 
применения 
ЭС 
являются 
присущими 
современной 
Четвёртой 
промышленной революции (Indasrial 4.0). Фактически все современные 
системы управления нуждаются в высоконадежных ЭС, т.к. они работают 
там, где велики последствия одного-единственного отказа. 

Высокая надежность — это свойство ЭС сохранять во течение 

длительного времени в установленных узких пределах разбросов значений 
всех требуемых выходных характеристик, параметров и показателей при 
тяжёлых режимах работы электрорадиоэлементов и несущих конструкций 
в жёстких внешних условиях применения. Надежность ЭС закладывается 
при 
их 
проектировании, 
обеспечивается 
при 
производстве 
и 
поддерживается при эксплуатации. С другой стороны, ЭС должны 
рассматриваться, прежде всего, как результат разработки структурной 
(принципиальной) схемы, конструкции и технологии.  

Рассмотрим и более широкое название ЭС в информационно-
коммуникационных технологиях, что добавляет новые требования к 
системной надёжности [1].  
ЭС и его составным частям часто применяют наиболее общее 
название, рекомендованное в стандартах. Таким названием является и 
термин радиоэлектронное средство (РЭС), понимаемый как техническое 
изделие определенной сложности или его составная часть, в основу 
действия которого положены принципы радиотехники и электроники. По 
функциональной 
сложности 
РЭС 
разделяют 
на 
уровни: 
РЭК 
– 
радиоэлектронный комплекс, РЭУ - радиоэлектронное устройство, РЭФУ – 
радиоэлектронный функциональный узел, что отражено на рис. В.1. 
Каждый уровень может быть представлен в общем виде как ЭС. 
Радиоэлектронная 
РЭК 
— 
это 
ЭС 
в 
виде 
совокупности 
функционально 
взаимодействующих 
автономных 
радиоэлектронных 
комплексов и 
устройств, 
которые 
образуют 
целостное 
единство, 
обладающее свойством перестроения структуры в целях рационального 
выбора и использования входящих средств нижних уровней при решении 
технических задач. Примером РЭК, требующей высокой надёжности 

функционирования, может служить аэродромная автоматизированная ЭС 
управления воздушным движением, которая производит измерения 
траекторных параметров самолетов и управление ими при полетах по 
кругу в районе аэродрома. В ее состав входят бортовой радиоэлектронный 
комплекс и наземные радиолокационный и вычислительный комплексы, 
которые, в свою очередь, состоят из РЭУ, т.е. ЭС более низкого уровня. 
Перестроение структуры данной РЭК вызывается условиями воздушной 
обстановки в районе аэродрома, в зависимости от интенсивности 
воздушного 
движения 
назначается 
оптимальная 
(с 
точки 
зрения 
безопасности) совокупность работающих ЭС. В зависимости от сложности 
решаемых технических задач РЭК может быть частью РЭ системы более 
высокого уровня. 
Разновидностью РЭУ является радиотехническая система, под 
которой понимают совокупность ЭС для передачи сообщений и команд по 
радиоканалам, состоящих из радиопередатчиков, линий радиосвязи и 
радиоприемников. 
Другой 
важной 
разновидностью 
РЭУ 
служит 
вычислительное ЭС, определяемое как взаимосвязанная совокупность 
вычислительных 
комплексов 
и 
устройств, 
согласованных 
по 
быстродействию, пропускной способности и другим параметрам.  
 

 
 
Рис. В.1. Уровни разукрупнения радиоэлектронных средств 
по функциональной сложности 
 
Отличительным 
признаком 
как 
радиотехнического, 
так 
и 
вычислительного ЭС является возможность перестроения его структуры с 
целью наиболее эффективного использования входящих в ЭС технических 
средств. 
В составе любой РЭ системы могут присутствовать механические, 
электромеханические и ЭС, без которых невозможна ее эксплуатация. Эти 

РЭ

система

РЭК

РЭУ

ЭЭ
РЭ

РЭФУ

средства могут входить в РЭ систему как отдельно, так и внутри 
радиоэлектронных комплексов или устройств. 
Радиоэлектронный комплекс (РЭК) — это ЭС в виде совокупности 
функционально связанных РЭУ, обладающих свойством изменения 
структуры в целях сохранения работоспособности при выполнении 
технических задач в составе РЭ системы или в режиме самостоятельного 
применения. Примером РЭК, надёжности которого уделяется большое 
внимание при проектировании, изготовлению и эксплуатации, может 
служить 
радиолокационный 
комплекс, 
состоящий 
из 
дальномера, 
высотомера 
и 
устройства 
опознавания 
и 
предназначенный 
для 
обнаружения объекта, определения его координат и установления 
принадлежности. При выходе из строя одного из устройств, входящих в 
комплекс, изменяются связи между ними, и при пониженной точности 
работы решение задачи определения параметров объекта практически 
невозможно. 
В качестве второго примера ЭС рассмотрим вычислительный 
комплекс, состоящий из двух или большего количества ЭВМ с 
собственными 
устройствами 
ввода-вывода, 
коммутаторами 
и 
дополнительными устройствами для обмена между ЭВМ. Техническая 
задача такого комплекса — обработка информации. При выходе из строя 
одной ЭВМ ее функцию берет на себя другая ЭВМ. Работоспособность 
комплекса при этом сохраняется, но снижается его пропускная 
способность либо ограничивается круг решаемых задач. 
Радиоэлектронное 
устройство 
(РЭУ) 
— 
есть 
ЭС 
в 
виде 
функционально законченной сборочной единицы, которая выполнена на 
несущей конструкции и реализует функции приема, преобразования и 
передачи информации или решает техническую задачу на их основе. В 
зависимости от сложности решаемых задач РЭУ может быть частью 
другого РЭУ. Примером РЭУ является метеонавигационный бортовой 
радиолокатор, который может быть выполнен на несущей конструкции в 
виде корпуса шкафа или блока. Данный радиолокатор предназначен для 
выполнения технической задачи по обнаружению с борта летательного 
аппарата опасных для полета гидрометеорологических образований и 
определению их углового положения и удаленности. Он состоит из 
совокупности функционально законченных сборочных единиц: антенного, 
передающего и приемного устройств, а также устройств преобразования и 
отображения информации, каждое из которых также может быть 
отдельным примером РЭУ. 
Еще одной иллюстрацией РЭУ может служить курсовой радиомаяк, 
предназначенный для излучения радиосигналов, содержащих информацию 
для управления самолетом по азимуту при заходе на посадку и во время 
посадки.  

Функционально законченными сборочными единицами, входящими 
в радиомаяк, являются антенное и передающее устройства. Обычно 
радиомаяк конструируется в виде шкафа или блока. 
Каждый 
из 
рассмотренных 
РЭУ 
может 
эксплуатироваться 
самостоятельно или в составе РЭК. Любое РЭУ структурно разделяется на 
радиоэлектронные функциональные узлы, которые являются ЭС первого 
уровня, состоящие, в свою очередь, из элементов нулевого уровня 
функциональной иерархии: радиоэлементов (РЭ) и электротехнических 
элементов (ЭЭ) (см. рис. В.1). Некоторые РЭ и ЭЭ могут входить 
непосредственно в РЭУ. 
Радиоэлектронный функциональный узел (РЭФУ) — есть ЭС в виде 
законченной сборочной единицы, которая выполнена на несущей 
конструкции и реализует функции преобразования сигнала и не имеет 
самостоятельного эксплуатационного значения. 
Примером 
РЭФУ 
являются 
усилитель, 
модулятор, 
источник 
вторичного электропитания и др. Первый узел выполняет функцию 
преобразования тока или напряжения по амплитуде без изменения их 
формы, второй — преобразования амплитуды либо частоты сигналов в 
соответствии с изменениями модулирующего напряжения, а третий — 
преобразование переменных тока и напряжения в постоянные или 
постоянных 
одного 
значения 
в 
постоянные 
другого 
значения. 
Самостоятельного 
применения 
эти 
РЭФУ 
не 
имеют, 
а 
могут 
эксплуатироваться в составе РЭУ. В зависимости от технических 
характеристик указанные РЭФУ могут иметь конструктивное исполнение в 
виде радиоэлектронного шкафа, блока или ячейки. 
Разнообразие многочисленных видов ЭС затрудняет найти новый 
подход к выполнению новых требований по проектному обеспечению 
высокой их надёжности без математического моделирования комплекса 
физических внешних воздействий, которые всегда имеют место при 
эксплуатации ЭС. 
При моделировании (особенно тепловых и механических процессов, 
протекающих в ЭС), важно также её конструктивное иерархическое 
построение. Например, по конструктивной сложности ЭС имеют четыре 
уровня иерархического деления, показанные на рис. В.2. Здесь нулевой 
уровень 
составляют 
изделия 
электронной 
техники 
(ИЭТ) 
и 
электротехнические изделия (ЭТИ). Они входят в радиоэлектронные 
ячейки или кассеты, выполненные на основе несущей конструкции первого 
уровня (НК1). На несущих конструкциях второго уровня (НК2) строятся 
радиоэлектронные блоки или рамы, которые могут включать в себя как 
ячейки (кассеты), так и ИЭТ с ЭТИ. Наконец, на несущих конструкциях 
третьего уровня (НК3) разрабатываются радиоэлектронные шкафы, пульты 
или стойки, в которые входят конструкции как второго, так и первого 
уровня. 

Наличие двух видов классификации уровней разукрупнения (рис. В.1 
и В.2) свидетельствует о том, что в любом ЭС как готовом изделии 
различают две непосредственно взаимосвязанные части: функциональную 
(электрическую) схему и конструкцию. 
Конструкция ЭС есть совокупность конструктивных деталей, 
находящихся 
в 
определенной 
пространственно-механической, 
информационной и энергетической взаимосвязи, которая обеспечивает 
выполнение данным ЭС необходимых функций с высокой надежностью. 
 

 
Рис. В.2. Уровни разукрупнения электронных средств 
по конструктивной сложности 
 
Различают 
два 
понимания 
термина 
«конструирование». 
Конструирование ЭС как вид инженерной деятельности есть совокупность 
работ, выполняемых при создании проекта конструкции аппаратуры. 
Конструирование ЭС как прикладная научная дисциплина — это 
обобщение методов анализа и синтеза конструкций. Теоретический 
фундамент 
конструирования 
ЭС 
составляют: 
системный 
анализ, 
математическое моделирование, исследование операций, планирование 
эксперимента, теория вероятностей и математическая статистика, теория 
надежности, теория оптимизации и другие научные направления. В 
настоящее 
время 
на 
основе 
этих 
фундаментальных 
направлений 
формируется самостоятельная теория конструирования ЭС как ЭС 
научных принципов и общих закономерностей разработки конструкций. 
Ускоренное развитие теории конструирования ЭС требует применения 
ЭВМ как главной технической базы моделирования при разработке 
конструкций. При этом наблюдается усложнение практических задач 
обеспечения надёжности ЭС и усиление взаимосвязи конструирования с 
системотехникой (схемотехникой), технологией и эксплуатацией ЭС. 

Шкаф (пульт, стойка)

на НКЗ 

Блок (рама)

            на НК2 

ЭТИ
ИЭТ

Ячейка (кассета)

на НК1 

В настоящее время получает развитие принципиально новая 
технология проектирования, сущность которой заключается в замене 
объекта проектирования его виртуальной моделью и дальнейшим ее 
исследованием с помощью ЭВМ. Таким образом, физический эксперимент 
на 
макетах 
и 
опытных 
образцах 
заменяется 
вычислительным 
экспериментом на математических моделях ЭС. Именно математическое 
моделирование на ЭВМ позволяет на стадии создания проекта ЭС в 
короткие сроки провести большой объем расчетов и исследований, 
отработать проект с целью исключения отказов при эксплуатации. 
Экономически выгодно на ранних этапах проектирования учесть все 
отрицательные последствия совместного влияния внешних факторов, а не 
регистрировать критические режимы работы и отказы при испытаниях 
опытных образцов, когда вносить изменения в проект трудно или даже 
невозможно. 
В материал настоящей книги включены основные вопросы, 
освещающие указанный выше современный подход к разработке 
высоконадежной ЭС. Ключевым моментом данного подхода является 
математическое моделирование на ЭВМ. Трудности здесь состоят в том, 
что разные физические процессы, протекающие в ЭС, описываются 
различными законами, например электрические процессы в цепях с 
сосредоточенными параметрами — обыкновенными дифференциальными 
уравнениями, а в цепях с распределенными параметрами — волновыми 
уравнениями, 
тепловые 
процессы 
в 
элементах 
конструкций 
— 
уравнениями теплопроводности в частных производных второго порядка, а 
механические процессы колебаний пластин и плоских конструкций — 
бигармоническими уравнениями в частных производных четвертого 
порядка. С учетом граничных условий согласовать такие разные модели 
между собой, чтобы соединить их вместе в единую комплексную модель 
ЭС, очень трудно из-за больших затрат вычислительных ресурсов ЭВМ. 
Выход 
из 
создавшегося 
положения 
лежит 
в 
унификации 
математических моделей разнородных физических процессов, которая 
будет рассматриваться в главе 2 данной монографии.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1 
 
СИСТЕМНЫЕ МЕТОДЫ В МОДЕЛИРОВАНИИ И ОБЕСПЕЧЕНИИ 
НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 
 
Научно-технический 
прогресс 
неизбежно 
сопровождается 
постоянной тенденцией к повышению сложности и ужесточению условий 
эксплуатации ЭС, что требует совершенствовать и искать новые подходы к 
обеспечению 
их 
надежности. 
Практика 
показывает, 
что 
методы 
проектирования и производства, делающие упор на неавтоматизированные 
приближенные расчеты, на интуицию разработчика и на внесение 
изменений в проект (доводку ЭС) по результатам испытаний макетов и 
готовых образцов, не обеспечивают повышенных заявок к надежности 
сложных ЭС на этих этапах. Главная причина — трудность учета 
неавтоматизированными 
методами 
проектирования 
одновременного 
действия множества различных факторов, обусловленных взаимосвязями 
функциональной схемы, конструкции и технологии производства ЭС, а 
также совместным влиянием производственных разбросов параметров и 
эксплуатационного старения материала, температуры окружающей среды, 
вибрации и других случайных факторов эксплуатационных воздействий. 
Создание общей методологии системного исследования сложных 
ЭС, является главной задачей повышения и обеспечения их высокой 
надёжности. При наиболее общей трактовке ЭС может быть представлено 
как абстрактная система, которая, в свою очередь, является множеством, 
описывающим заданное отношение с фиксированными свойствами.  
В 
методических 
исследованиях 
под 
системой 
понимается 
совокупность 
элементов, 
объединенных 
некоторой 
формой 
взаимодействия. В виде методической системы для проведения системных 
исследований может быть представлена конкретное ЭС в целом или его 
часть, отдельно его конструкция, отдельно тепловой или другой 
физический процесс в конструкции, технология производства ЭС или его 
эксплуатация как самостоятельные объекты рассмотрения. Всё это этапы 
обеспечения высокой надёжности ЭС. 
Системный 
подход 
— 
понятие, 
означающее 
теоретическое 
представление проектируемого ЭС в виде замкнутой системы и 
комплексное, с учетом всех взаимосвязей, изучение рассматриваемого ЭС 
как 
единого 
целого 
объекта 
с 
позиций 
анализа 
надёжности 
функционирования. В основе системного подхода лежит известный 
диалектический закон взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в 
мире. 

1.1. Системный подход к обеспечению надёжности электронных 
средств 
 
Сложность электронных средств. С точки зрения конструирования, 
как уже подчеркивалось выше, ЭС является сложным по своей структуре 
многопараметрическим и многоцелевым диалектически противоречивым 
объектом. Сложным является и весь жизненный цикл ЭС, начиная от 
замысла его создания до снятия с эксплуатации [2].  
На рис. 1.1 жизненный цикл ЭС показан цепочкой верхних блоков 
(этапов). Этапы жизненного цикла раскрыты цепочкой нижних блоков 
(стадий). 
На 
всех 
стадиях 
проектирования 
итеративно, 
вначале 
приближенно, а затем с уточнениями осуществляется разработка 
функциональной 
схемы, 
конструкции 
с 
учётом 
технологических 
возможностей производства ЭС. 
Проектирование 
ЭС 
имеет 
особенности, 
связанные 
с 
неопределенностями исходных данных при решении ряда проектных 
задач. 
Например, 
в 
начале 
проектирования 
при 
моделировании 
функциональной схемы ЭС нет точных данных об особенностях монтажа, 
нежелательных 
явлениях, 
о 
значениях 
температур 
материалов 
и 
механических напряжениях в них, так как не существует детальных 
чертежей конструкции.  
В то же время детальная проработка конструкции ЭС с 
моделированием его теплового и механических режимов не может быть 
осуществлена до полной разработки конструкции, без точных данных о 
мощности тепловыделения в каждом электрорадиоэлементе (ЭРЭ), 
получаемого из электрического моделирования принципиальной схемы.  
В результате и функциональное (электрическое), а также тепловое, 
вибрационное и другие виды физических процессов могут быть 
промоделированы вначале приближенно, по ориентировочно заданным 
параметрам, затем эти шаги моделирования итеративно уточняются с 
точки зрения повышения надёжности. Главным критерием повышения 
надёжности служит снижение физических нагрузок на ЭРЭ и несущие 
части конструкции ЭС. 
Таким образом, ЭС представляется сложным, прежде всего, с точки 
зрения её проектирования. Причем развитие заявок миниатюризации все 
больше усугубляет проблему повышения сложности ЭС добавлением 
новых взаимосвязей различных функциональных (схемотехнических), 
технологических и эксплуатационных факторов, определяющих уровень 
надёжности.  
Поэтому при повышении надёжности ЭС трудно говорить о чисто 
конструкторских или технологических задачах вне их взаимосвязи со 
системотехникой, схемотехникой и эксплуатацией. 
                             

Э       Т      А     П     Ы 

 
С      Т      А     Д     И    И 
 
Рис. 1.1. Этапы и стадии жизненного цикла ЭС: 
ТТ - технические требования; НИР — научно-исследовательские работы; ОКР — опытно-
конструкторские работы, Из — изготовление; Эк — эксплуатация; ТХ — технические характеристики; 
ТЗ — техническое задание; АП — аванпроект (техническое предложение);  
ЭП — эскизное проектирование; ТП — техническое проектирование; РП — рабочее проектирование;  
ТИП — техническая подготовка производства; ГАП — гибкое автоматизированное производство;  
Ис — испытания; ТО — техническое обслуживание 
 
Фактически разработка высоконадежных ЭС представляется как 
последовательность 
комплексных 
проектных 
исследований 
функциональных и принципиальных схем, конструкций и технологии 
производства с целью обеспечения требуемых выходных характеристик в 
заданных условиях эксплуатации.  
Комплексность 
достигается 
системным 
подходом. 
А 
расчет 
выходных 
характеристик 
и 
оценка 
показателей 
ЭС 
при 
этом 
сопровождается, как правило, цифровым моделированием условий 
протекания соответствующих физических процессов в конструкциях. 
Системный подход к анализу физических процессов, влияющих 
на надёжность. На рис. 1.2 для примера показана связь трех видов 
моделирования, которые особенно характерны для ЭС, эксплуатируемых 
на подвижных объектах. Так как в конструкциях сложных ЭС при 
функционировании одновременно протекает множество разнородных 
физических процессов (электромагнитных, тепловых, механических, 
влагодиффузионных, радиационных и пр.), то системный подход к 
моделированию ЭС может быть сформулирован с этой точки зрения в виде 
требования проследить как можно большее количество внутренних и 
внешних связей протекающих процессов с тем, чтобы не упустить 
действительно существенные связи и факторы и оценить их эффекты с 
точки зрения обеспечения надёжности. В то же время системный подход 
обращает внимание на недостаточность, а часто и вредность чисто 
локальных решений, полученных на основе охвата небольшого числа 
существенных факторов. Окончательные решения в целом для ЭС в этом 
случае могут быть нерациональными, особенно с точки зрения 
надёжности. 
 

ТТ
НИР
ОКР
Из
Эк

ТХ
ТЗ
ЭП
АП
РП
ТП
ТПП
Ис
ГАП
ТО