智慧制造系统架构层级自下而上共五层，分别为设备层、网络层、平台层、应用层和协同层。智能制造的系统层级体现了装备的智能化和互联网协议（IP）化，以及网络的扁平化趋势。
业务流程管理专家August-Wilhelm Scheer教授曾为此提出智能工厂的体系架构，August-Wilhelm Scheer教授在这个架构中强调了MES系统在智能工厂建设中的枢纽作用。
下面我们分别来介绍一下智能工厂的五层结构。
1.基础设施层
设备层包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机械和装置等，是企业进行生产活动的物质技术基础。企业应建设一个具有网络服务的工厂网络系统，通过网络生成生产指令并自主下达命令，让产线信息自动采集。构造一个完全的集成化的车间联网环境，通过网络解决不同机器间的协议通讯，plc、CNC、机器人、仪表等问题。
2.智能装备层
网络层包括控制网络（包括可编程逻辑控制器PLC、数据采集与监视控制系统SCADA、分布式控制系统DCS和现场总线控制系统FCS等）、工业物联网、互联网、各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统等；。智能装备主要讲得是智能生产设备、智能检测设备和智能物流设备三四个部分。由机械装备到数控装备再到智能装备发展，这是一个必然的过程。智能化的工具可以实现边检测、边加工的程度，在最大程度上减少了人工的误差和时间。利用工业机器人技术准确识别工件，自主进行装配，自动避让人，实现人机协作。金属增材制造设备也可以自主进行产品的制造和组装。智能物流设备方面配备有自动化立体仓库、AGV、悬挂式输送链等为智能加工单元之间的物料传递工具。
3.智能产线层
平台层包括的是大数据平台、云平台；数据处理中心。通过传感器、数控系统或rfid等进行生产和装配的同时采集质量、能耗、设备绩效等数据，并在电子看板中显示当前状态。同时在某一台机器或者程序发生故障时他能提供及时的智能提醒。
4.智能车间层
应用层包括各种企业应用，如企业资源计划系统（ERP）、产品生命周期管理（PLM）、供应链管理系统（SCM）和客户关系管理系统（CRM）等；对整个车间进行网络式的智能管控，应用人机界面（HMI），以及工业平板等移动终端，实现生产过程的无纸化。还可以利用vr技术打造一个VR（虚拟现实）车间环境，显示设备的实际状态，实现虚实融合。
5. 工厂管控层
创新层，这个层级是企业在物联网、互联网、人工智能等基础之上，结合行业及企业的需求，实现的在原有的应用之上的智能应用。实现车间与车间之间的生产过程的监控，通过生产指挥系统实时洞察工厂的运营，可能更加合理的分配多个车间之间资源的调度。并可以通过图像识别技术对工厂视频监控中异常进行自动报警。
在工业4.0的战略蓝图中，把智能生产描绘成工厂可以为单件小批量的单个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。
智能工厂是未来智能制造的关键组成部分，智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现将会是未来不可避免的过程。
我们知道，任何一个项目都是有既定的目标的，要达到好的结果，我们就需要一个标准的评定依据。那么智能制造的评定依据是什么呢？我们总结了智能工厂及其部分的主要特征：互联、优化、透明、前瞻和敏捷。这些特征均有助于进行科学决策，并协助企业改进生产流程。
1互联
互联是智慧制造最重要的特征，同时也是其最大的价值所在。智慧制造须确保基本流程与物料的互联互通，获取实时决策所需的各项数据。在真正意义的智能工厂中，传感器遍布工厂的设备和产线，因此系统可不断抓取数据集，确保数据持续更新，实时并真实反映当前情况。
2优化
通过整合来自产品全生命周期各个环节的数据，优化工厂实现高度可靠的运转，最大程度上降低人工干预。智能工厂具备自动化工作流程，可同步了解资产状况，同时优化了追踪系统与进度计划，能源消耗亦更加合理，可有效提高产量、运行时间以及质量，并降低成本、避免浪费。
3透明
通过产品全生命周期实时数据可视化，通过云计算处理并可视化输出，从而协助人工以及自动化决策流程。透明化网络还将进一步扩大对设备情况的认识，并通过基于角色的观点、实时警告与通知以及实时追踪与监控等手段，确保企业决策更加精准。
4前瞻
智慧制造能够基于历史与实时数据，预测何时发生及发生何种状况，从而提高正常运行时间、产量与质量，同时预防安全问题。在一个前瞻型体系中，员工与系统可预见即将出现的问题或挑战，并提前予以应对，还可以设置好预案，由机器自响应。前瞻和预案还包括识别异常情况，储备并补充库存，发现并提前解决质量问题，以及监控安全与维修问题。在智慧制造的生态系统之下，通过学习能力，会增强预测能力及预测的准确性。
5灵活
智慧制造具备敏捷的灵活性，可快速适应进度以及产品变更，并将其影响降至最低。可根据正在生产的产品以及进度变更，自动配置设备与物料流程，进而实时掌控这些变更所造成的影响。此外，灵活性还促使智能工厂在进度与产品发生变更时，最大程度上降低调整幅度，从而提高运行时间与产量并确保灵活的进度安排。
值得注意的是，世界上没有两个一模一样的智能工厂，制造企业可依据其特定需求，重点发展智能工厂的不同领域和特征。这也是工业互联网和商业互联网的最大的不同点。
