智慧制造的关键要素
奠基於上一波工厂设备自动化的改造，智慧制造的重点在於将数位资讯的力量融入生产流程中。因此，在物理上硬体的升级与软体的加成都不可或缺，并且需要一个将虚拟与实体做有效连结的虚实整合系统(Cyber-Physical System)。
虚实整合系统(CPS)为一个包含了许多分散式的子系统的整合系统，包括制程管理系统、办公管理系统或服务流程系统等，原先这些系统之间彼此独立、互不关联，现在在CPS帮助之下，能够将一个企业的上下游端进行有效的串连，加速生产效率并提升效能。虚拟世界是数字、电脑与资讯的世界，而实体世界代表机器、设备与工厂，CPS就是利用虚拟的网路系统进行规划与模拟，并在实体世界执行落实的一个中枢控制中心。
物联网是CPS的基础。在智慧化的生产设备、机器人与人机协同系统上，搭载物联网、并利用云端运算进行的资料撷取、传输与分析，能够让机器与机器之间、人与设备之间进行有效的沟通与整合。在这样的生产系统之下，零件与零件之间可以进行数据共享、人可以下达指令给机器人进行个性化生产;工人不再是标准化生产流程中从事重复性环节的小螺丝钉、或者从事粗重辛苦的搬运工作的体力性劳动者，而是能多工在不同设备上进行沟通、指令传达与监控机器的设备管理者。
1、最佳化企业的生产流程
智慧化的生产线从以前的“反应式制造”转为主动积极的“预测型制造”，机器设备在生产的过程中透过数据搜集，能够预测故障以及需要修复的时间，及时进行维护，减低事故造成的成本。另外，资能源的使用也会随着智慧化的操控，降低生产过程中的污染与能源消耗、进行有效回收，减轻环境污染之虞，并能以最小的人力、能源达成最高生产效率。整个智慧生产线透过网路进行有效连结之後，除了透过虚实整合，从过去“集中式”的生产工厂转变为分散各地的生产单位，还能应付多元的生产要求，无论小批量、个性化制造或大量、标准化生产都能达成。
2、制造业服务化
过去行销通路商掌握消费者数据与产业动态，往往会比制造厂获得更多利润，然而在新一波的智慧制造浪潮中，结合了软体优势的制造业将会重新取得话语权。由於智慧化的机器设备能够进行弹性生产、并具备自我学习能力，能满足现代产品生命周期越发快速、更加多样的生产需求。并且零件、机具的智慧化使得制造厂商将这些设备贩卖给客户以後，还能进行远端数据搜集与分析，并即时监控、修复。在整个企业的价值链中，除了生产流程、工业设备与管理的企业内部智慧化，产品与服务的智慧化能帮助企业对外整合，提供更完整的售後服务。
德国“工业4.0”
德国是率先提出工业4.0的国家，过去一直坚守本国制造业的实体经济发展，现在更要在坚实的基础上，以CPS为主体，强调智慧工厂里即时弹性、灵活的生产流程，打破过去设计、制造、加工的企业价值链，转而以大数据平台做各项流程整合。
美国“先进夥伴制造计划”(Advanced Manufacturing Partnership ;AMP)
和德国不同，美国的虚拟经济占了主要的经济产值，大部分的企业皆将其制造部门外移。自2008年金融风暴过後，美国深切体认到“去工业化” 的苦果，因此重新喊出“再工业化”，希望本国企业将制造部门回植当地，透过强化技术发展以及和学术机构的产学合作，进行创新研发、制造业优化，并形成产业聚落。
日本“工业4.1J”&“产业价值链计划”
日本在因应劳动力短缺的状况下，很早就开始发展机器人的研究，奠基优异基础，并成为全世界工业机器人使用密度最高的国家，因此政府的目标为打造人机共存的工厂，致力发展智慧机器人与云端系统。而除此之外，日本企业也针对数据搜集与分析的线上系统整合作形成联盟，提出4.1J的口号，希望提升机器对机器(M2M)沟通系统的技术，兼顾稳定性与安全性。
台湾“生产力4.0”
台湾政府选定制造业、农业、零售业等几项领航产业，透过CPS系统的研发与引进，希望藉由先深化选定企业的垂直智慧价值链，在工业制程、企业管理上进行整合，并逐步向水平价值链拓展。方法则是针对感测器、关键零组件等核心技术加强研发能力，并冀此运用於各项产业上、提升生产效能。
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