Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 105177 10.12737/2219-0767-2025-18-3-40-51 Технические науки Технические науки Methods for calculating the reliability of products based on CAD Методы расчета надежности изделий на основе САПР Зольников Владимир Константинович Zolnikov V. K. Скворцова Татьяна Владимировна Skvortsova Tatyana Vladimirovna Конча Максим Игоревич Koncha Maksim Igorevich Каськов Тимофей Николаевич Kas'kov Timofey Nikolaevich https://orcid.org/0000-0002-1935-8753 Гладких Татьяна Васильевна Gladkih Tat'yana Vasil'evna gtv1113@rambler.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Russian Federation 08 10 2025 08 10 2025 18 3 40 51 08 10 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/105177/view

В статье рассматриваются современные методы расчета надежности изделий с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР). Акцент сделан на анализе параметров надежности, которые задаются в требованиях технического задания (ресурс, долговечность и пр.) или задаются по параметрам соответствующих стандартов на аппаратуру. Для расчета безотказности требуется архитектура, описание функций и определение критичности отказов функций. Отказные состояния задаются в требованиях к изделию или рассчитываются при помощи АФО. Безотказность оценивается в два этапа - на предварительном этапе и итоговом. Предварительный этап служит для определения бюджетов интенсивностей отказов и выполняется на этапе эскизно-технического проектирования. Итоговый расчет безотказности проводится по итогу разработки и показывает, что полученные значения соответствуют заложенным бюджетам. Для оценки надежности и безотказности используются различные методики, иногда несколько вместе, применение тех или иных методик зависит от требования к изделию или предпочтения разработчика. По итогу анализа надежности и безотказности оформляется расчет, который содержит результаты, выводы и рекомендации по итогам анализа. Порядок задания требований по надежности, а также их подтверждения, описание большинства методов расчета надежности и безотказности определены стандартами. Дополнительно к ним, в каждой отрасли могут существовать свои нормативные документы, которые дополняют данные требования. Кроме того, показаны преимущества и недостатки использования различных подходов и приведены практические рекомендации по их применению в зависимости от характера решаемой задачи. В заключении делается вывод о целесообразности использования САПР для повышения качества проектирования и экономии ресурсов при обеспечении необходимого уровня надежности изделий.

The article discusses modern methods for calculating the reliability of products using computer-aided design (CAD) systems. The emphasis is placed on the analysis of reliability parameters, which are set in the requirements of the technical specification (resource, durability, etc.) or are set according to the parameters of the relevant standards for equipment. To calculate reliability, architecture, description of functions, and determination of the criticality of function failures are required. Failure states are specified in the product requirements or calculated using the API. Reliability is assessed in two stages - at the preliminary stage and at the final stage. The preliminary stage is used to determine the budgets of pumping intensities and is performed at the stage of preliminary technical design. The final reliability calculation is carried out based on the development results and shows that the values obtained correspond to the budgeted values. Various techniques are used to assess reliability and reliability, sometimes several together, and the use of certain techniques depends on the product requirement or the developer's preference. Based on the results of the reliability and reliability analysis, a calculation is drawn up, which contains the results, conclusions and recommendations based on the results of the analysis. The procedure for setting reliability requirements, as well as confirming them, and describing most methods for calculating reliability and reliability are defined by standards. Additionally, each industry may have its own regulatory documents that complement these requirements. In addition, the advantages and disadvantages of using different approaches are shown and practical recommendations for their application are given, depending on the nature of the problem being solved. In conclusion, it is concluded that it is advisable to use CAD to improve the quality of design and save resources while ensuring the required level of product reliability.

 Системы автоматизированного проектирования (САПР); надежность изделий; методы расчета надежности; прогнозирование отказов; вероятностные методы; статистические методы; моделирование надежности; анализ финансовой отчётности (АФО). Computer-aided design (CAD) systems; product reliability; reliability calculation methods; failure prediction; probabilistic methods; statistical methods; reliability modeling; financial reporting analysis (AFO).

Любавин К.Д. Методы построения высокопроизводительных межсоединений системных шин для систем на кристалле / Любавин К.Д., Тельпухов Д.В. // Информационные технологии. 2024. Т. 30. № 8. С. 433-439. Lyubavin K.D., Telpukhov D.V. Methods of constructing high-performance interconnections of system buses for systems on a chip // Information Technologies. 2024. Vol. 30. No. 8. pp. 433-439. Лялинский А.А. Веб-система характеризации библиотек цифровых ячеек / Лялинский А.А. // Информационные технологии. 2024. Т. 30. № 5. С. 227-239. Lyalinsky A.A. Web-based system of characterization of digital cell libraries / Lyalinsky A.A. // Information technologies. 2024. Vol. 30. No. 5. pp. 227-239. Яковлев А.А. Системный подход к поиску новых технических решений радиоэлектронной аппаратуры на начальных этапах проектирования / Яковлев А.А., Гребенников В.Н. // Информационные технологии. 2024. Т. 30. № 2. С. 76-84. Yakovlev A.A. A systematic approach to the search for new technical solutions for electronic equipment at the initial stages of design / Yakovlev A.A., Grebennikov V.N. // Information Technologies. 2024. Vol. 30. No. 2. pp. 76-84. Калашников В.С. Критерии качества топологии стандартных ячеек цифровых интегральных схем / Калашников В.С., Керре А.Л., Розенфельд В.П., Семёнов М.Ю., Смирнов Ю.Г., Сотников М.А., Царапкин С.Ф. // Информационные технологии. 2023. Т. 29. № 9. С. 447-456. Kalashnikov V.S. Quality criteria for the topology of standard cells of digital integrated circuits / Kalashnikov V.S., Kerre A.L., Rosenfeld V.P., Semenov M.Yu., Smirnov Yu.G., Sotnikov M.A., Sarapkin S.F. // Information Technologies. 2023. Vol. 29. No. 9. pp. 447-456. Колегов К.С. Подавление пилообразных осцилляций при использовании разностной схемы для моделирования массопереноса в высыхающей на подложке капле в приближении тонкого слоя /Колегов К.С. // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2023. Т. 27. № 2. С. 309-335. Kolegov K.S. Suppression of sawtooth oscillations when using a difference scheme for modeling mass transfer in a drop drying on a substrate in the approximation of a thin layer /Kolegov K.S. // Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Physical and mathematical sciences. 2023. Vol. 27. No. 2. pp. 309-335. Рогалев А.А. Оценивание множеств решений линейных систем обыкновенных дифференциальных уравнений с возмущениями на основе оператора коши /Рогалев А.А. // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2023. Т. 27. № 2. С. 357-374. Rogalev A.A. Estimation of sets of solutions of linear systems of ordinary differential equations with perturbations based on the Cauchy operator /Rogalev A.A. // Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Physical and mathematical sciences. 2023. Vol. 27. No. 2. pp. 357-374. Энатская Н.Ю. Вероятностные модели для анализа обратных экстремальных задач комбинаторики / Энатская Н.Ю. // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. 2022. Т. 26. № 3. С. 573-591. Enatskaya N.Y. Probabilistic models for the analysis of inverse extreme combinatorics problems / Enatskaya N.Y. // Bulletin of Samara State Technical University. Series: Physical and mathematical sciences. 2022. Vol. 26. No. 3. pp. 573-591. Ivanov D.V. Implicit iterative algorithm for solving regularized total least squares problems / Ivanov D.V., Zhdanov A.I. // Journal of Samara State Technical University. Ser. Physical and Mathematical Sciences. 2022. Т. 26. № 2. С. 311-321. Ivanov D.V. Implicit iterative algorithm for solving regularized total least squares problems / Ivanov D.V., Zhdanov A.I. // Journal of Samara State Technical University. Ser. Physical and Mathematical Sciences. 2022. Vol. 26. No. 2. pp. 311-321. Khanmohammadi E. Development of dynamic balanced scorecard using case-based reasoning method and adaptive neuro-fuzzy inference system / Khanmohammadi E., Safari H., Zandieh M., Malmir B., Tirkolaee E.B. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Vol. 71. pp. 899-912. Khanmohammadi E. Development of dynamic balanced scorecard using case-based reasoning method and adaptive neuro-fuzzy inference system / Khanmohammadi E., Safari H., Zandieh M., Malmir B., Tirkolaee E.B. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Vol. 71. pp. 899-912. Dutta S. Following forrelation – quantum algorithms in exploring boolean functions' spectra / Dutta S., Maitra S., Mukherjee Ch.S. Advances in Mathematics of Communications. 2024. Vol. 18. No. 1. pp. 1-25. Datta S. The use of correlation–quantum algorithms in the study of the spectra of Boolean functions / Datta S., Maitra S., Mukherjee C. Achievements in mathematics of communications. 2024. Volume 18. No. 1. pp. 1-25. Xie J. Infinite series expansion of some finite-time dividend and ruin related functions / Xie J., Zhang Zh. Communications in Statistics - Theory and Methods. 2024. Vol. 53. No. 1. pp. 201-214. Se J. Decomposition into an infinite series of some functions related to dividends and destruction in finite time / Xie J., Zhang J. Communications in statistics - theory and methods. 2024. Volume 53. No. 1. pp. 201-214. Using differential equation-based models to calibrate agent-based diffusion models Xiao Yu., Han J. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Vol. 71. pp. 586-597. Using differential equation models to calibrate agent-based diffusion models Xiao Yu, Han J. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Volume 71. pp. 586-597. Grimaldi M. How can productivity in product design and engineering be assessed? guidelines to build a dashboard of kpis / Grimaldi M., Greco M., Cricelli L., Rogo F., Scalvenzi M. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Vol. 71. pp. 560-573. Grimaldi M. How can productivity be assessed in the field of product design and engineering? Recommendations for creating an information panel of key performance indicators / Grimaldi M., Greco M., Crichelli L., Rogo F., Scalvenzi M. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Volume 71. pp. 560-573. Li He. Information systems sourcing strategies and organizational cybersecurity breaches / Li He., Yoo S. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Vol. 71. pp. 481-490. Lee Hye. Information system vendor search strategies and organizational Cybersecurity breaches / Lee Hye, Yu S. IEEE Transactions on Engineering Management. 2024. Volume 71. pp. 481-490. FIRRTL. Available at: https://github.com/chipsalliance/firrtl, accessed 02.11.2022. FIRST published. Available at: https://github.com/chipsalliance/firrtl date of access: 11/22/2022. DSLX Reference. Available at: https://google.github.io/xls/dslx_reference, accessed 02.11.2022. Link to DSLX. Available at: https://google.github.io/xls/dslx_reference date of request: 02.11.2022. Поляков А. К. Языки VHDL и VERILOG в проектировании цифровой аппаратуры. – М.: СОЛОН-Пресс, 2003. – 320 стр. Polyakov A. K. VHDL and VERILOG languages in programming. Moscow: SOLON Press, 2003. 320 p. Multiscale Dataflow Programming. Maxeler Technologies, London, UK, Version 2021.1, May 14, 2021. Multiscale programming of data flows. Maxeler Technologies, London, UK, version 2021.1, May 14, 2021 Botros N.M. HDL Programming Fundamentals: VHDL and Verilog. Charles River Media, 2005, 506 p. Botros N.M. Basics of HDL programming: VHDL and Verilog. Charles River Media, 2005, 506 p. J. Bergeron. Writing Testbenches: Functional Verification of HDL Models. Springer, 2003. 478 p. J. Bergeron. Creation of test benches: functional verification of HDL models. Springer, 2003. 478 p. Chisel. Available at:https://github.com/chipsalliance/chisel3, accessed 02.11.2022. Chisel. Available at: https://github.com/chipsalliance/chisel3 , accessed 02.11.2022. MyHDL. Available at: https://www.myhdl.org, accessed 02.11.2022. MyHDL. Available at: https://www.myhdl.org , accessed 02.11.2022.