Russian Journal of Innovation Economics Russian Journal of Innovation Economics Вопросы инновационной экономики 2222-0372 BIBLIO-GLOBUS Publishing House 121484 10.18334/vinec.14.3.121484 UKAJFT Articles Статьи Research Article Digital twins: characteristics, typology and development practices Цифровые двойники: характеристики, типология, практики развития Abramov Viktor Ivanovich Абрамов Виктор Иванович

Профессор кафедры «Управления бизнес-проектами» факультета бизнес-информатики и управления комплексными системами, доктор экономических наук, доцент

 viabramov@mephi.ru Gordeev Vladimir Vladimirovich Гордеев Владимир Владимирович

аспирант

 gordeevvv@my.msu.ru Stolyarov Aleksandr Dmitrievich Столяров Александр Дмитриевич

Научный сотрудник

 mr.alexst@gmail.com National Research Nuclear University MEPhI Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ Institute of Applied Information Technologies НУ Институт прикладных информационных технологий 30 09 2024 14 3 VOL 14, NO3 (2024) ТОМ 14, №3 (2024) 691 716 26 07 2024 29 07 2024 Copyright ©; 2024, Abramov V. I., Gordeev V. V., Stolyarov A. D. Copyright ©; 2024, Абрамов В. И., Гордеев В. В., Столяров А. Д. 2024 Abramov V. I., Gordeev V. V., Stolyarov A. D. Абрамов В. И., Гордеев В. В., Столяров А. Д. https://1economic.ru/lib/121484

The article is devoted to the study of the possibilities of digital twins to increase the competitiveness of companies. Their characteristics, typologies and development practices are considered. Digital twins represent one of the most promising technologies of our time, capable of significantly improving management processes in various industries. The concept of digital twins, their main functions and operating principles are considered. Special attention is paid to technological characteristics, including the Internet of Things (IoT), Artificial Intelligence (AI) and Big Data. According to different criteria, the classification of digital twins is proposed. These criteria are as follows: industry, functionality and level of complexity. The functional capabilities of digital twins are analyzed; and examples of their use in real companies are given. This allows to assess their impact on economic efficiency and social aspects. Existing practices and cases of successful implementation of digital twins in various industries, including production sector, energy, transportation and healthcare, are examined. The methodology of developing digital twins, the main stages of creation, the tools and platforms used are considered. The main problems and difficulties encountered in the implementation of digital twins, such as technical and technological difficulties, financial obstacles and ethical constraints, are identified. The prospects for the development of digital twins, their potential for transforming various industries and the possibility of further improvement are discussed. The article provides a comprehensive analysis of digital twins, which contributes to a deeper understanding of this technology and its application in practice.

Статья посвящена изучению возможностей цифровых двойников для повышения конкурентоспособности компаний, рассматриваются их характеристикам, типологии и практикам развития.Цифровые двойники представляют собой одну из самых перспективных технологий современности, способную значительно улучшить процессы управления в различных отраслях. Рассматривается концепция цифровых двойников, их основные функции и принципы работы.Особое внимание уделяется технологическим характеристикам, включая использование интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (AI) и больших данных.Предлагается классификация цифровых двойников по различным критериям: по отраслям, функционалу и уровням сложности. Анализируются функциональные возможности цифровых двойников и приводятся примеры их использования в реальных компаниях, что позволяет оценить их влияние на экономическую эффективность и социальные аспекты.Также исследуются существующие практики и кейсы успешного внедрения цифровых двойников в различных отраслях, включая промышленность, энергетику, транспорт и здравоохранение. Рассматриваются методологии разработки цифровых двойников, основные этапы создания, используемые инструменты и платформы. Определены основные проблемы и трудности, с которыми приходится сталкиваться при внедрении цифровых двойников, такие как технические и технологические сложности, финансовые препятствия и этическиеограничения.Обсуждаются перспективы развития цифровых двойников, их потенциал для трансформации различных отраслей и возможности дальнейшего совершенствования.Статья предоставляет всестороннийанализ цифровых двойников, что способствует более глубокому пониманию этой технологии и её применению в практике

 digital twin digital transformation digital technology digital maturity recommendation system : цифровой двойник цифровая трансформация цифровые технологии цифровая зрелость рекомендательная система 1. Концепция технологического развития на период до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 20 мая 2023 г. № 1315-р. [Электронный ресурс]. URL: https://rospatent.gov.ru/content/ uploadfiles/technological-2023.pdf (дата обращения: 18.07.2024). 2. Абрамов В.И., Гордеев В.В., Столяров А.Д. Создание региональных бизнес-экосистем на основе цифровых профилей клиентов и омниканальных коммуникаций // Экономика, предпринимательство и право. – 2023. – № 5. – c. 1521-1540. – doi: 10.18334/epp.13.5.117670. 3. Brossard M., Kamat M., Lajous T., Rowshankish K., Tunas C. Digital twins: When and why to use one. April 30, 2024. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/tech-forward/digital-twins-when-and-why-to-use-one? (дата обращения: 18.07.2024). 4. Clark A.S., Schultz E.F. Harris M. What are digital twins? Technical report. Ibm. - 2019. [Электронный ресурс]. URL: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/ (дата обращения: 23.04.2024). 5. Decoding Digital Twins: Exploring the 6 main applications and their benefits. [Электронный ресурс]. URL: https://iot-analytics.com/6-main-digital-twin-applications-and-their-benefits/ (дата обращения: 18.07.2024). 6. Singh M., Fuenmayor E., Hinchy E.P., Qiao Y., Murray N., Devine D. Digital twin: Origin to future // Appl. Syst. Innov. – 2021. – № 4. – p. 36. 7. Verzelen F., Lacy P., Stacey N. The critical role of virtual twins in accelerating sustainability // Accenture and Dassault Systemes. – 2021. – № 1. 8. Умное производство. Двойники цифровые производства. Элементы визуализации цифровых двойников производства. ПНСТ 428mdash;2020. [Электронный ресурс]. URL: https://normadocs.ru/pnst_428-2020 (дата обращения: 18.07.2024). 9. Rogers E. Diffusion of Innovations, 5th edition. - Free Press, New York, NY, 2003. – 551 p. 10. Schmitt L., Copps D. The Business of Digital Twins // Digital Twin. Springer International Publishing. – 2023. 11. Grieves M. Digital Twin : Manufacturing Excellence through Virtual FactoryReplication. - White Paper, 2014. 12. Millwater H., Ocampo J., Crosby N. Probabilistic methods for risk assessment ofairframe digital twin structures // Eng. Fract. Mech. – 2019. – № 221. – p. 106674. 13. Kusiak A. Smart manufacturing must embrace big data // Nature. – 2017. – № 544. – p. 23–25. 14. Meierhofer J., West S., Rapaccini M., Barbieri C. He Digital Twin as a service enabler: From the service ecosystem to the simulation model. - Lect. Notes Bus. Inf. Process, Springer, 2020. – 347–359 p. 15. Bitton R., Gluck T., Stan O., Inokuchi M., Ohta Y., Yamada Y., Yagyu T.,Elovici Y.,Shabtai A. Deriving a cost-effective digital twin of an ICS to facilitate securityevaluation. , 2018. – 533–554 p. 16. Reifsnider K., Majumdar P. Multiphysics stimulated simulation Digital Twinmethods for fleet management // in: 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Struct.Struct. Dyn. Mater. Conf, American Institute of Aeronautics and Astronautics.Boston, Massachusetts. - 2013 17. Karve P.M., Guo Y., KapusuzogluB., MahadevanS., HaileM.A. Digital twinapproach for damage-tolerant mission planning under uncertainty // Eng. Fract.Mech. – 2020. – p. 106766. 18. ZhouC., XuJ., Miller-HooksE., ZhouW., ChenC.H., LeeL.H., ChewE.P., LiH. Analytics with digital-twinning: a decision support system for maintaining a resilient port // Decis. Support. Syst. – 2021. – p. 113496. 19. Абрамов В. И., Туйцына А. А. Цифровые двойники - эффективные инструменты цифровой трансформации компании // Управление бизнесом в цифровой экономике: Сборник тезисов выступлений Четвертой международной конференции. / Под общей редакцией И. А. Аренкова, М. К. Ценжарик. – Санкт-Петербург: СПГУПТД. Санкт-Петербург, 2021. – c. 33–39. 20. The Digital Twin What and Why? Crespi N.,Drobot A.T., Minerva R. The Digital Twin What and Why? // N. Crespi et al. (eds.), The Digital Twin. https://doi.org/10.1007/978-3-031-21343-4_1 21. D’Amico R.D., Addepalli S.,Erkoyuncu J.A. Industrial Insights on Digital Twins in Manufacturing: Application Landscape, CurrentPractices, and Future Needs // Big Data Cogn. Comput. – 2023. – p. 126. 22. Абрамов В. И., Абрамов О. В., Поливанов К. В., Семенков К. Ю. Особенности создания цифровых двойников управления логистикой предприятий // Новое в экономической кибернетике. – 2024. – № 2. – c. 52-61. 23. Heluany J.B., Gkioulos V. A review on digital twins for power generation and distribution // International Journal of Information Security. – 2023. – № 2. – p. 1171 – 1195. 24. Deng T., Zhang K., Shen Z-J.M. A systematic review of a digital twin city: a new pattern of urbangovernance toward smart cities // J Manage Sci Eng. – 2021. – p. 125–134. 25. Shishehgarkhaneh B.M.,Keivani A.,Moehler R.C.,Jelodari N.,Roshdi Laleh S. Internet of Things (IoT), Building Information Modeling (BIM), and Digital Twin (DT) in Construction Industry: A Review, Bibliometric, and Network Analysis // Buildings. – 2022. – p. 1503. 26. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. In: Kahlen, J., Flumerfelt, S., Alves, A. (eds) Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Springer, Cham. 2017.– Р.85–113 – https://doi.org/10.1007/978-3-319-38756-7_4 27. Jones D., Snider C., Nassehi A., Yon J., Hicks B. Characterising the Digital Twin: A systematic literature review // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2020. – p. 36-52. 28. Kamble S. S., Gunasekaran A., Parekh H., Mani V., Belhadi A., Sharma R. Digital twin for sustainable manufacturing supply chains: Current trends, future perspectives, and an implementation framework // Technological Forecasting and Social Change. – 2022. – № 176. – p. 121448. 29. Гордеев В. В., Столяров А.Д., Абрамов В. И. Роль цифровых двойников в управлении производством и базовые принципы их создания // Экономика и управление: теория и практика. – 2024. – № 1. – c. 29-39. 30. Столяров А. Д., Гордеев В.В., Абрамов В. И. Методика поиска многокритериальных решений на основе цифровых двойников // Экономика и управление. – 2023. – № 7. – c. 851-858. – doi: 10.35854/1998-1627-2023-7-851-858. 31. Абрамов В. И., Головин О.Л., Столяров А.Д. Методика поиска Парето-оптимальных решений по развитию умных городов на базе их цифровых двойников // Современная экономика: проблемы и решения. – 2021. – № 9(141). – c. 8-15. – doi: 10.17308/meps.2021.9/2666. 32. Столяров А. Д., Гордеев В.В., Абрамов В. И. Цифровые двойники в управлении: отраслевая специфика и практические аспекты создания // Современные наукоемкие технологии. – 2024. – № 7. – c. 9-13. 33. Жарасов Б.С., Абрамов В. И. Цифровые двойники в управлении производством: принципы создания, проблемы внедрения и перспективы развития // Современная экономика: проблемы и решения. – 2024. – № 6. – c. 80-94. 34. Lu H., Guo L., Azimi M., Huang K. Oil and gas 4.0 era: a systematic review and outlook // Computer. – 2019. – № 111. – p. 68–90. 35. A review of digital twin for vehicle predictive maintenance system Wang C., FanI.-S., KingS. A review of digital twin for vehicle predictive maintenance system. // in: 2023 AeroTech, SAE International. – 2023. http: //dx.doi.org/10.4271/2023-01-1024 36. Kajba M., Obrecht M., Ojsteršek T. C. Digital twins for sustainability purposes in logistics industry: a literature review // LogForum. – 2023. – № 19 (4). – p. 611-625. 37. СтоляровА. Д., ФайзуллинаА.М., АбрамовВ. И. Цифровая трансформация логистики предприятия с использованием цифровых двойников // Beneficium. – 2024. – № 2(51). – c. 23–31. – doi: 10.34680/BENEFICIUM.2024.2(51).23-31. 38. Абрамов В. И., Гордеев В. В., Столяров А.Д. Цифровые двойники с использованием агродронов в управлении растениеводством: особенности создания и перспективы // АПК: Экономика, управление. – 2024. – № 4. – c. 37-49. 39. Tebaldi L., Vignali G.,Bottani E. Digital twin in the agri-food supply chain: A literature review. // In Proceedings of the IFIP International Conference on Advances in Production Management Systems, Nantes, France, 5–9 September 2021; Springer: Cham, Switzerland. – 2021. P. 276–283 40. Rashid M. Why Modern Farming Need the Digital Twins, Challenge Advisory, 16 October 2018. [Электронный ресурс]. URL: https://www.challenge.org/ knowledgeitems/why-modern-farming-need-the-digital-twins (дата обращения: 18.07.2024). 41. Абрамов В. И., Громыко А.А. Цифровой двойник умного города как современная тенденция цифровой экономики // Государство и общество России в контексте современных геополитических вызовов: новации, экономика, перспективы: Материалы ХII Всероссийской научно-практической конференции. Чебоксары: ИПК Новое время. Чебоксары, 2021. – c. 215-220. 42. Абрамов В.И., Андреев В.Д. Сравнительный анализ цифровых двойников регионов // Информационное общество. – 2023. – № 4. – c. 106-117. 43. Eirinakis P., Kalaboukas K., Lounis S., Mourtos I., Rožanec J.M., Stojanovic N., Zois G. Enhancing cognition for digital twins // 2020 IEEE International Conference on Engineering, Technology and Innovation (ICE/ITMC). IEEE. 2020. – p. 1–7. 44. Yitmen I., Alizadehsalehi S., Akıner İ., Akıner M.E. An adapted model of cognitive digital twins for building lifecycle management // Applied Sciences. – 2021. – № 11. – p. 4276. 45. Parris C. What is a Digital Twin?. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ge.com/digital/blog/what-digital-twin (дата обращения: 18.07.2024). 46. Our manufacturing companies have digital twins. [Электронный ресурс]. URL: https://www.toyota-europe.com/news/2023/our-manufacturing-companies-have-digital-twins (дата обращения: 18.07.2024). 47. Beuzit J. The role of the digital twin in energy operations. [Электронный ресурс]. URL: https://media.plm.automation.siemens.com/simcenter/flipbook-new-8/ei8/the-role (дата обращения: 18.07.2024). 48. We can accelerate the digital transformation of healthcare. [Электронный ресурс]. URL: https://www.philips.com/a-w/about/news/archive/features/2021/20211007-we-can- (дата обращения: 18.07.2024). 49. Digital Twins Have Come Alive in the Supply Chain. [Электронный ресурс]. URL: https://www.dhl.com/us-en/home/supply-chain/insights-and-trends/digital (дата обращения: 18.07.2024). 50. Implementing Digital Twin in Construction: A Complete Guide. [Электронный ресурс]. URL: https://group.skanska.com/ (дата обращения: 18.07.2024). 51. Столяров А.Д., Абрамов А.В., Абрамов В.И. Генеративный искусственный интеллект для инноваций бизнес-моделей: возможности и ограничения // Beneficium. – 2024. – № 3(52). – c. 13-20.