智慧制造的關鍵要素
奠基於上一波工廠設備自動化的改造，智慧制造的重點在於將數位資訊的力量融入生產流程中。因此，在物理上硬體的升級與軟體的加成都不可或缺，并且需要一個將虛擬與實體做有效連結的虛實整合系統(Cyber-Physical System)。
虛實整合系統(CPS)為一個包含了許多分散式的子系統的整合系統，包括制程管理系統、辦公管理系統或服務流程系統等，原先這些系統之間彼此獨立、互不關聯，現在在CPS幫助之下，能夠將一個企業的上下游端進行有效的串連，加速生產效率并提升效能。虛擬世界是數字、電腦與資訊的世界，而實體世界代表機器、設備與工廠，CPS就是利用虛擬的網路系統進行規劃與模擬，并在實體世界執行落實的一個中樞控制中心。
物聯網是CPS的基礎。在智慧化的生產設備、機器人與人機協同系統上，搭載物聯網、并利用云端運算進行的資料擷取、傳輸與分析，能夠讓機器與機器之間、人與設備之間進行有效的溝通與整合。在這樣的生產系統之下，零件與零件之間可以進行數據共享、人可以下達指令給機器人進行個性化生產;工人不再是標準化生產流程中從事重復性環節的小螺絲釘、或者從事粗重辛苦的搬運工作的體力性勞動者，而是能多工在不同設備上進行溝通、指令傳達與監控機器的設備管理者。
1、最佳化企業的生產流程
智慧化的生產線從以前的“反應式制造”轉為主動積極的“預測型制造”，機器設備在生產的過程中透過數據搜集，能夠預測故障以及需要修復的時間，及時進行維護，減低事故造成的成本。另外，資能源的使用也會隨著智慧化的操控，降低生產過程中的污染與能源消耗、進行有效回收，減輕環境污染之虞，并能以最小的人力、能源達成最高生產效率。整個智慧生產線透過網路進行有效連結之後，除了透過虛實整合，從過去“集中式”的生產工廠轉變為分散各地的生產單位，還能應付多元的生產要求，無論小批量、個性化制造或大量、標準化生產都能達成。
2、制造業服務化
過去行銷通路商掌握消費者數據與產業動態，往往會比制造廠獲得更多利潤，然而在新一波的智慧制造浪潮中，結合了軟體優勢的制造業將會重新取得話語權。由於智慧化的機器設備能夠進行彈性生產、并具備自我學習能力，能滿足現代產品生命周期越發快速、更加多樣的生產需求。并且零件、機具的智慧化使得制造廠商將這些設備販賣給客戶以後，還能進行遠端數據搜集與分析，并即時監控、修復。在整個企業的價值鏈中，除了生產流程、工業設備與管理的企業內部智慧化，產品與服務的智慧化能幫助企業對外整合，提供更完整的售後服務。
德國“工業4.0”
德國是率先提出工業4.0的國家，過去一直堅守本國制造業的實體經濟發展，現在更要在堅實的基礎上，以CPS為主體，強調智慧工廠里即時彈性、靈活的生產流程，打破過去設計、制造、加工的企業價值鏈，轉而以大數據平臺做各項流程整合。
美國“先進夥伴制造計劃”(Advanced Manufacturing Partnership ;AMP)
和德國不同，美國的虛擬經濟占了主要的經濟產值，大部分的企業皆將其制造部門外移。自2008年金融風暴過後，美國深切體認到“去工業化” 的苦果，因此重新喊出“再工業化”，希望本國企業將制造部門回植當地，透過強化技術發展以及和學術機構的產學合作，進行創新研發、制造業優化，并形成產業聚落。
日本“工業4.1J”&“產業價值鏈計劃”
日本在因應勞動力短缺的狀況下，很早就開始發展機器人的研究，奠基優異基礎，并成為全世界工業機器人使用密度最高的國家，因此政府的目標為打造人機共存的工廠，致力發展智慧機器人與云端系統。而除此之外，日本企業也針對數據搜集與分析的線上系統整合作形成聯盟，提出4.1J的口號，希望提升機器對機器(M2M)溝通系統的技術，兼顧穩定性與安全性。
臺灣“生產力4.0”
臺灣政府選定制造業、農業、零售業等幾項領航產業，透過CPS系統的研發與引進，希望藉由先深化選定企業的垂直智慧價值鏈，在工業制程、企業管理上進行整合，并逐步向水平價值鏈拓展。方法則是針對感測器、關鍵零組件等核心技術加強研發能力，并冀此運用於各項產業上、提升生產效能。
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