Проблема экспоненциального роста вычислительной сложности при анализе крупномасштабных технических систем существенно ограничивает применимость классических аналитических методов оценки надёжности. В работе предложен декомпозиционный подход, базирующийся на строгом выделении статистически независимых модулей дерева отказов и последующем построении для них бинарных диаграмм решений. Представлен алгоритм выделения модулей на основе обхода в глубину и проверки непересекаемости множеств базовых событий. Это позволяет корректно объединять вероятности, рассчитанные для отдельных модулей, и исключать систематические погрешности, связанные с усечением минимальных сечений. Исследовано влияние эвристик упорядочивания переменных на размер диаграмм; экспериментально подтверждено преимущество предварительной сортировки аргументов логических вентилей по сравнению с обходом дерева без такой сортировки. Разработанный метод интегрирован в процедуру структурной оптимизации, где вычисление функции приспособленности генетического алгоритма осуществляется через локальное обновление модульных диаграмм, обеспечивая кратное ускорение поиска конфигураций при заданных массогабаритных и энергетических ограничениях. Вычислительный эксперимент на модели промышленного электроснабжения, содержащей более двух тысяч элементов, продемонстрировал полиномиальную зависимость времени расчёта от размерности задачи и существенное сокращение пикового потребления оперативной памяти по сравнению с монолитным построением. Результаты подтверждают эффективность предложенного метода для точной количественной оценки структурной надёжности сложных инженерных объектов.