Digital twin technologies in occupational health and safety: bibliometric analysis of research trends and thematic evolution (2019–2025)

Abstract

The rapid advancement of digital transformation paradigms under Industry 4.0 and Industry 5.0 has significantly reshaped occupational health and safety (OHS) management by enabling data driven, predictive, and human centered safety approaches. Among these technologies, digital twin has emerged as a powerful tool for modeling, monitoring, and optimizing complex work environments with enhanced safety performance. Despite the growing number of studies addressing digital twin applications in OHS, a comprehensive bibliometric assessment of this research domain remains limited. This study aims to systematically analyze the scientific landscape, thematic structure, and research trends of digital twin technologies in the context of occupational health and safety through a bibliometric approach. A total of 58 academic publications published between 2019 and 2025 were retrieved from the Web of Science Core Collection database. Bibliometric indicators related to publication years, countries, authors, institutions, journals, research areas, and keywords were examined. Keyword co-occurrence, network, overlay, and density visualizations were generated using VOSviewer to reveal conceptual relationships and thematic clusters within the literature. The results indicate a rapidly growing research interest in digital twin based OHS applications, particularly in ergonomics, virtual and augmented reality, human robot collaboration, construction safety, and intelligent manufacturing systems. The findings further reveal a shift from production oriented digital twin applications toward more interactive, predictive, and human centered safety solutions supported by artificial intelligence and immersive technologies. This study provides valuable insights for researchers, practitioners, and policymakers by highlighting emerging themes, research gaps, and future directions, and by positioning digital twin technology as a strategic enabler for proactive and sustainable occupational health and safety management.

Keywords

• Digital twin
• Occupational health and safety
• Bibliometric analysis
• Industry 4.0
• Industry 5.0

Ethical Statement

This study was conducted using bibliometric analysis methods and is based solely on the analysis of bibliographic data from previously published academic works in the Web of Science Core Collection database. The research did not involve any human participants, animal experiments, surveys, interviews, personal data, experimental procedures, or interventions requiring ethical committee approval. Therefore, the study is considered to be within the scope of research that does not require ethical committee approval. Throughout the research process, adherence to scientific publication ethics principles, data usage rights, and relevant national and international ethical standards was ensured. The authors declare that they bear full responsibility for the ethical appropriateness of the study.

İş sağlığı ve güvenliğinde dijital ikiz teknolojileri: araştırma eğilimlerinin ve tematik evrimin bibliyometrik analizi (2019–2025)

Abstract

Endüstri 4.0 ve Endüstri 5.0 paradigmleriyle birlikte hız kazanan dijital dönüşüm süreci, iş sağlığı ve güvenliği (İSG) yönetiminde veri odaklı, öngörücü ve insan merkezli yaklaşımların benimsenmesini zorunlu hâle getirmiştir. Bu bağlamda dijital ikiz teknolojisi; çalışma ortamlarının sanal olarak modellenmesi, risklerin önceden tahmin edilmesi ve güvenlik performansının optimize edilmesi açısından önemli bir potansiyel sunmaktadır. Ancak dijital ikiz teknolojilerinin İSG alanındaki bilimsel gelişimini bütüncül bir bakış açısıyla ele alan bibliyometrik çalışmaların sınırlı olduğu görülmektedir. Bu çalışmanın amacı, dijital ikiz teknolojilerinin iş sağlığı ve güvenliği literatüründeki bilimsel yapısını, tematik odaklarını ve araştırma eğilimlerini bibliyometrik bir yaklaşımla sistematik olarak incelemektir. Bu doğrultuda, 2019-2025 yılları arasında yayımlanan toplam 58 akademik çalışma, Web of Science Core Collection veri tabanından elde edilmiştir. Yayınların yıllara, ülkelere, yazarlara, kurumlara, dergilere ve araştırma alanlarına göre dağılımları analiz edilmiş; anahtar kelimeler arasındaki ilişkiler ağ, örtüşme ve yoğunluk haritaları aracılığıyla değerlendirilmiştir. Bibliyometrik görselleştirmeler VOSviewer yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Elde edilen bulgular, dijital ikiz tabanlı İSG çalışmalarının özellikle ergonomi, artırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik, insan robot iş birliği, yapım güvenliği ve akıllı üretim sistemleri temalarında yoğunlaştığını göstermektedir. Ayrıca literatürde, üretim odaklı dijital ikiz uygulamalarından, yapay zekâ destekli, etkileşimli ve insan-merkezli güvenlik yaklaşımlarına doğru belirgin bir yönelim olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışma, dijital ikiz teknolojilerinin iş sağlığı ve güvenliği alanında proaktif ve sürdürülebilir güvenlik yönetimi için stratejik bir araç olarak konumlandığını ortaya koymakta; araştırmacılar, uygulayıcılar ve politika yapıcılar için yol gösterici bir çerçeve sunmaktadır.

Keywords

• Dijital ikiz
• İş sağlığı ve güvenliği
• Bibliyometrik analiz
• Endüstri 4.0
• Endüstri 5.0

Ethical Statement

Bu çalışma, bibliyometrik analiz yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiş olup yalnızca Web of Science Core Collection veri tabanında yer alan, daha önce yayımlanmış akademik çalışmaların bibliyografik verilerinin analizine dayanmaktadır. Araştırma kapsamında herhangi bir insan katılımcı, hayvan deneyi, anket, mülakat, kişisel veri, deneysel uygulama veya etik kurul onayı gerektiren müdahale içeren bir yöntem kullanılmamıştır. Bu nedenle, çalışma etik kurul onayı gerektirmeyen araştırmalar kapsamında değerlendirilmiştir. Araştırma sürecinde bilimsel yayın etiği ilkelerine, veri kullanım haklarına ve ilgili ulusal ve uluslararası etik standartlara uygun hareket edilmiştir. Yazar, çalışmanın etik açıdan uygunluğuna ilişkin tüm sorumluluğun kendilerine ait olduğunu beyan eder.

References

1. Ramasubramanian, A. K., Mathew, R., Kelly, M., Hargaden, V. ve Papakostas, N., Digital twin for human–robot collaboration in manufacturing: Review and outlook, Applied Sciences, 12, 10, 4811, (2022).
2. Jones, D., Snider, C., Nassehi, A., Yon, J. ve Hicks, B., Characterising the digital twin: A systematic literature review, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 29, 36–52, (2020).
3. Park, J. S., Lee, D. G., Jimenez, J. A., Lee, S. J. ve Kim, J. W., Human-focused digital twin applications for occupational safety and health in workplaces: A brief survey and research directions, Applied Sciences, 13, 7, 4598, (2023).
4. Grieves, M. ve Vickers, J., Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems, Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems, 85–113, Springer International Publishing, Cham, (2016).
5. Pan, Y. ve Zhang, L., A BIM-data mining integrated digital twin framework for advanced project management, Automation in Construction, 124, 103564, (2021).
6. Kumaş, E. ve Erol, S., Endüstri 4.0’da anahtar teknoloji olarak dijital ikizler, Politeknik Dergisi, 24, 2, 691–701, (2021).
7. Duman, M. Ç., İşletmeler için yeni bir verimlilik teknolojisi: Dijital ikiz, Verimlilik Dergisi, 189–206, (2022).
8. Şahin, H. ve Eldem, C., Otobüslerde ergonomik koltuk tasarımı için dijital insan modellerinin kullanımı, IKSAD Publishing House, Türkiye, ISBN: 978-625-6955-91-2, (2022).

9. Tao, F., Zhang, H., Liu, A. ve Nee, A. Y., Digital twin in industry: State-of-the-art, IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15, 4, 2405–2415, (2018).
10. Badri, A., Boudreau-Trudel, B. ve Souissi, A. S., Occupational health and safety in the industry 4.0 era: A cause for major concern?, Safety Science, 109, 403–411, (2018).
11. Kritzinger, W., Karner, M., Traar, G., Henjes, J. ve Sihn, W., Digital twin in manufacturing: A categorical literature review and classification, IFAC-PapersOnLine, 51, 11, 1016–1022, (2018).
12. Bayer, H., Aracı, F. G. İ. ve Gürkan, G., Dijital ikizlerin eğitimde kullanımı: Kavramsal boyut, kullanım alanları ve etik açıdan kapsamlı bir değerlendirme, İnönü Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 26, 3, 2019–2060, (2025).
13. Rasheed, A., San, O. ve Kvamsdal, T., Digital twin: Values, challenges and enablers from a modeling perspective, IEEE Access, 8, 21980–22012, (2020).
14. Singh, M., Fuenmayor, E., Hinchy, E. P., Qiao, Y., Murray, N. ve Devine, D., Digital twin: Origin to future, Applied System Innovation, 4, 2, 36, (2021).
15. Barricelli, B. R., Casiraghi, E. ve Fogli, D., A survey on digital twin: Definitions, characteristics, applications, and design implications, IEEE Access, 7, 167653–167671, (2019).
16. Rojas, L., Peña, Á. ve Garcia, J., AI-driven predictive maintenance in mining: A systematic literature review on fault detection, digital twins, and intelligent asset management, Applied Sciences, 15, 6, 3337, (2025).
17. Majeed, H. ve Iftikhar, T., Industry 6.0 in aerospace, defense, military, and automotive smart manufacturing, Intelligent Manufacturing in Industry 6.0: A Climate Resilience Approach, 391–464, Springer Nature Switzerland, Cham, (2026).
18. Liu, W., Wu, M., Wan, G. ve Xu, M., Digital twin of space environment: Development, challenges, applications, and future outlook, Remote Sensing, 16, 16, 3023, (2024).
19. Vidyalakshmi, G., Gopikrishnan, S., Boulila, W., Koubaa, A. ve Srivastava, G., Digital twins and cyber-physical systems: A new frontier in computer modeling, Computer Modeling in Engineering & Sciences, 143, 1, 51, (2025).
20. Negri, E., Fumagalli, L. ve Macchi, M., A review of the roles of digital twin in CPS-based production systems, Procedia Manufacturing, 11, 939–948, (2017).
21. Forthofer, R. N., & Lehnen, R. G. Rank correlation methods. In Public program analysis: A new categorical data approach, MA: Springer US, 146-163, (1981).
22. Orduña-Malea, E. ve Costas, R., Link-based approach to study scientific software usage: The case of VOSviewer, Scientometrics, 126, 9, 8153–8186, (2021).
23. Peruzzini, M., Bilancia, P., Majić, T., Ostrosi, E. ve Stjepandić, J., Human-centric digital twin: A transdisciplinary view, Advances in Transdisciplinary Engineering, 41, 923–932, (2023).
24. Wu, S., Enhancing construction workforce safety through formulating an augmented reality digital twin system, Doktora Tezi, RMIT University, (2024).
25. Zahid, A., Ferraro, A., Petrillo, A. ve De Felice, F., Exploring the role of digital twin and industrial metaverse technologies in enhancing occupational health and safety in manufacturing, Applied Sciences, 15, 15, 8268, (2025).
26. Çakır, E., Türkiye’de İş Sağlığı ve Güvenliği Alanında Yapılan Lisansüstü Tezlerin Bibliyometrik Analizi, Gümüşhane Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi, 12(3), 1145–1156, (2023).
27. Yazıcı, M. ve Tekin, A., İş Sağlığı ve Güvenliği Konulu Akademik Yayınların Bibliyometrik Analizi: Ulusal Literatür Üzerine Bir İnceleme", Doğuş Üniversitesi Dergisi, 25(1), 85–102, (2024).