La creciente complejidad de los sistemas ciberfísicos y sociotécnicos exige arquitecturas de gemelos digitales capaces de modelar procesos impulsados por la cognición, como la percepción, el razonamiento, el aprendizaje y la reflexión. Este artículo propone un marco instrumental y generacional de gemelos digitales cognitivos (CDTs) que formaliza la cognición como una propiedad del sistema explícita y evolutiva. El marco define un conjunto estable de instrumentos de modelado cognitivo: analizador cognitivo, emulador cognitivo y orquestador cognitivo, e introduce cuatro generaciones de CDT: CDTs fundamentales, CDTs auto-adaptativos, CDTs colectivos y ecosistemas digitales metacognitivos. El estudio se centra en el modelado de la cognición fundamental como la generación primaria y desarrolla un marco matemático basado en el índice de madurez cognitiva y el índice de consistencia ontológica para cuantificar el comportamiento cognitivo y la coherencia semántica. El análisis de convergencia y los escenarios de aplicación representativos validan la estabilidad del modelo propuesto. Se introducen generaciones de CDT superiores para establecer una hoja de ruta evolutiva hacia gemelos digitales adaptativos, colectivos y metacognitivos. El marco propuesto integra una taxonomía conceptual, una tipología instrumental y una hoja de ruta metodológica para la selección y evolución de instrumentos, proporcionando una base unificada para modelar sistemas impulsados por la cognición y ampliando los paradigmas tradicionales de gemelos digitales.