On an approach to the integration of artificial intelligence into the fault tree analysis methodology

Authors

DOI:

https://doi.org/10.31649/2413-4503-2025-22-2-3-8

Keywords:

Air transport, failure prognostics, flight safety, technical system, reliabilit, Fault Tree Analysis (FTA), Artificial Intelligence (AI), Recurrent Neural Networks (LSTM), technical diagnostics, predictive maintenance, condition-based maintenance

Abstract

In modern conditions of intensive operation of air transport, ensuring the reliability and failure-free operation of technical systems is a priority task, directly related to flight safety and economic efficiency [1]. Statistical data analysis indicates that technical malfunctions, ranking second among the causes of flight cancellations, create significant operational and financial risks. The problem is particularly acute in the context of aircraft engines, which are critically important components whose failure can have catastrophic consequences [1]. A crucial factor is also the time deficit between flights necessary for scheduled maintenance, which requires the implementation of reliable predictive diagnostic methods.

Traditional approaches to reliability assessment, based on classic analytical models (e.g., the exponential distribution law), although fundamental, often prove insufficiently sensitive to reflect the multifactorial and non-linear nature of wear and failure processes in complex modern systems [2]. In this regard, there is an urgent need to develop integrated methodologies capable of combining the structural logic of engineering analysis with the predictive power of artificial intelligence (AI).

The article proposes an integration that combines the classical Fault Tree Analysis (FTA) methodology with machine learning algorithms, namely Long Short-Term Memory (LSTM) recurrent neural networks [3]. The FTA methodology provides the necessary structural framework, establishing cause-and-effect relationships between basic events (component failures) and the top event (engine failure) through logical operators.

The key idea is to use LSTM networks for the dynamic prediction of the probability of failure Pi (t+Δt) of each individual critical system node. LSTM networks, known for their ability to effectively process large volumes of sequential data (time series), are trained on historical engine operational parameter data, which includes temperature, pressure, vibration, and other critical indicators Xi (t) [4]. This allows the model to capture complex, long-term dependencies that precede the actual failure.

The predicted failure probabilities Pi (t+Δt) of individual components are dynamically substituted into the FTA logical model (equation P = f (P1, P2, ..., Pn)), which allows for the real-time updating of the integrated reliability assessment of the entire system Psys(t). This mechanism not only increases the accuracy of the overall prediction but also allows for the operational reduction of the fault tree, narrowing the scope of the search for the most probable scenarios. As a result, engineering and technical personnel can quickly identify the source of a potential malfunction, which is critically important for transitioning to condition-based maintenance and minimizing the risks of unexpected failures.

Author Biographies

Oleh Borysovych Anipko, Kozhedub Kharkiv National Air Force University, Kharkiv

doctor of technical sciences, professor of the department of aviation engineering support

Valeriia Yuriivna Tiurina, Kozhedub Kharkiv National Air Force University, Kharkiv

candidate of technical sciences, department of aviation engineering support

References

. V.Verma. «Aircraft predictive maintenance: An application of machine learning algorithms». [Interim report]. Liverpool John Moores University. 2024 Jul. DOI: 10.13140/RG.2.2.16964.44165.

. M. Comparea, E. Zio. «Predictive Maintenance by Risk Sensitive Particle Filtering». Politecnicodi Milano, Milan Italy. https://www.researchgate.net. publication/260526064. DOI:10.1109/TR.2014.2299651.

. Ш. Чжен, К. Рістовскі, А. Фарахат, Ч. Гупта. «Мережа довготривалої короткочасної пам'яті для оцінки залишкового терміну корисного використання, міжнародна конференція». (2017). DOI: 10.1109/ICPHM.2017.7998311.

. P. Malhotra, A. Ramakrishnan, G. Anand, L. Vig, P.Agarwal, G.Shroff. «LSTM-based Encoder-Decoder for Multi-sensor Anomaly Detection». (2016). DOI:10.48550/arXiv.1607.00148.

. М. Дай. «Гібридна модель на основі машинного навчання для прогнозування затримок рейсів за допомогою авіаційних великих даних». (2024). DOI:10.1038/s41598-024-55217-z.

. Q. Zhong, Y. Yu, Y. Huang, T. Zhang. «Prediction and optimization of civil aviation flight delays based on machine learning algorithms». International journal of computational intelligence systems (2025), DOI: 10.1007/s44196-025-00932-2.

. Р. Кумар Джа, Ш. Бхушан Джа, В. Пандей, Ф. Бабічеану. «Прогнозування затримок рейсів за допомогою гібридного підходу машинного навчання: кейс провідних авіакомпаній США». DOI: 10.48550/arXiv.2409.00607.

. О. Аніпко, С. Калкаманов, А. Приймак. «Формули пріоритетів і хінсайд-аналіз при варіантних проробках на етапі концептуального проектування транспортного літака». Інтегровані технології та енергозбереження.2020. №2.С. 11-19.

. О. Аnipko, V. Loginov. «An Intergation index for determining the degree of subsystem integration in passenger and transport aircraft designs. Transactions on Aerospace Research. 2024. Vol. 277, №4. P. 27-44. DOI 10.2478/tar – 2024-0021.

. О. Аніпко, М. Білий. «Дистрибутивний підхід до аналізу готовності авіаційного парку з формалізацією прихованих відмов». Інтегровані технології та енергозбереження. 2020. №2. С. 79-83. DOI 10.20998/2078-5364.2020.2.09.

. Стандарт ДСТУ 2860-94 (Державний стандарт України). Надійність техніки. Терміни та визначення.// Київ, ДП «УкрНДНЦ» 1994. С. 96.

. Стандарт ДСТУ 2498-94 (Державний стандарт України). Основні норми взаємозамінності. Допуски форми та розташування поверхонь. Терміни та визначення. Київ, ДП «УкрНДНЦ» 1994. С. 59.

. C. Ebeling, «An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering». 2nd ed. Long Grove, IL: Waveland Press, 2010.

. С.Г. Костогриз. «Надійність технічних систем». Хмельницький. Хмельницьким національним університетом. 2002. С-324.

. М. Модаррес, В.Камінський. «Інженерія надійності та аналіз ризиків». (2016).С-522. https://doi.org/10.1201/9781315382425.

. О. Куций. «Синергія в загально-науковому та організаційно-психологічному тлумаченнях: аналіз теорії та експериментів». Наукові праці. Міжрегіональної Академії управління персоналом. 2022. № 3(56), 72-77. https://doi.org/10.32689/maup.psych.2022.3.10.

. Microsoft. «Пошукові функції та фільтрація». [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://learn.microsoft.com/ru-ru/azure/search/search-query-odata-filter.

. И. Аршинов. «Синергетика как феномен постнеклассической науки». 1999. С. 203.

. В. Маркелов. «Формирование концепции отрицательного синергизма». Журнал философских исследований. –2023. –№ 4.–С. 105–121.

. C. Perrow. «Normal accidents: living with high-risk technologies». Princeton: Princeton University Press, 1999. С. 451.

. Н. Максимов. С. Боборыкин, А. Виноградов. В. Кузьмин. «Инженерно-авиционная служба и експлуатация летательных аппаратов». Киев: КВИАВУ ВВС. (1969). С – 467.

. Я. Виклюк. Р. Камінський. В. Пасічник. "Моделювання складних систем: навчальний посібник". Львів: НУ «ЛП». 2024. С. 248.

Downloads

Abstract views: 98

Published

2026-02-09

How to Cite

[1]
O. B. Anipko, V. Y. Tiurina, and O. M. Pankul, “On an approach to the integration of artificial intelligence into the fault tree analysis methodology”, ВМТ, vol. 22, no. 2, pp. 3–8, Feb. 2026.

Issue

Section

Articles

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.