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迄今为止，人类历史上已经经历了三次工业革命。18世纪中期开始，由蒸汽动力推动的机械设备改变了手工作坊的产品生产方式，第一次工业革命的发生也标志着“工业1.0”的诞生。19世纪中后期，随着分工明确和电力驱动机械设备的应用，商品开始被批量在流水线模式下生产，进入“工业2.0”时代。20世纪70年代开始一直延续到现在，全球开始第三次工业革命即“工业3.0”，电子信息技术成为这次工业革命的核心，机械自动化程度大幅度提升。德国工业在200年的演进发展历史中长期居于强国之列，但近些年面对人类技术进步和发展模式弊端等问题，传统制造业的转型升级势在必行。为了支持德国工业领域新一代革命性技术的研发与创新，德国政府在2013年4月举办的汉诺威工业博览会上正式推出《保障德国制造业的未来：关于实施工业4.0战略的建议》，进而于2013年12月19日由德国电气电子和信息技术协会细化为“工业4.0”标准化路线图。目前，“工业4.0”已经上升为德国国家战略，同时也引起了全世界的关注。
德国“工业4.0”的提出，有深刻的国际制造业竞争的背景。挑战主要来源于两个方面：一是传统老牌发达国家的竞争压力。二是新兴市场国家的冲击和挑战。
美国向制造业的强势回归。美国先后提出了“再工业化战略”和“先进制造伙伴战略”等，以复兴和确保美国在先进制造业领域的领导权。美国先后于2009年、2010年公布《重振美国制造业框架》和《制造业促进法案》，随后于2011年和2012年相继启动了《先进制造业伙伴计划》和《先进制造业国家战略计划》，确定了美国先进制造业发展的三大支柱和先进制造技术领域，系统性地明确了美国制造业复兴的具体措施。
作为传统制造业强国的日本同样也提出了多项旨在发展本国制造业的举措。同样，从2009年开始至2012年日本政府提出了五轮经济振兴的对策，强化日本工业竞争力是这些振兴计划的主要内容。安倍政府于2013年提出了“日本再兴战略”，将产业再兴战略作为今后三大重点战略之一。
欧盟虽然深陷欧债危机，但早在2010年就提出了“欧洲2020战略”，其三大发展重点中的“智能增长”就涵盖了“再工业化”的主要内容。其成员层面，英、法、西等国相继制定了相应的“再工业化”战略。如2011年英国发表的《强劲、可持续和平衡增长之路》报告中提出了六大优先发展行业，法国于2012年新成立了生产振兴部（Ministere du Redressement Productif）来重振法国工业，而西班牙则以“再工业化援助计划”的方式出资4.6亿欧元来推进本国的再工业化项目。
从20世纪中后期开始，以德国为首的发达国家将部分制造业转移到具有成本优势的发展中国家，此种转移给发展中国家带来了溢出效应，促进了新兴市场国家产业升级和经济增长。其中典型的代表如，印度依仗计算机和软件业等高端制造业成为“世界办公室”；中国更是成为“世界工厂”，于2010年超过美国成为世界第一制造大国。这些国家的蓬勃发展不仅造成了以德国为首的发达国家产业空洞化现象的发生，同时使得发达国家的贸易优势日渐丧失，对发达国家的制造业造成了较大的冲击和竞争压力。
面对上述挑战，“德国制造”的光环正在退去。
一是德国制造业在整个国民经济中日益式微。2008年金融危机和欧债危机发生后，2009年德国制造业占比大幅滑坡，此后这种大幅度下滑虽有缓解但制造业颓势凸显。究其原因，劳动力成本上升是首要因素。2002年欧元正式流通后，德国由于劳动力成本增速低于欧元区，使得德国在欧元区鹤立鸡群，保持了较好的竞争力，但随着欧债危机的爆发以及其他因素的共同作用，德国的劳动力成本增速从2011年后开始超越欧元区平均水平，劳动成本的不断上涨对德国制造业构成了消极的影响。
二是德国创新能力提升出现瓶颈。创新是引领发展的第一动力，“德国制造”是全球创新引领者的代名词。全球竞争力报告显示，德国竞争力虽然从2009年全球的第7位上升到2014年的第5位，但其创新指标表现并不出色。国家创新能力指标从2009年的全球第2位下降到全球第4位，其中虽然政府对先进技术的采购（从第45位上升到第16位）与科学家和工程师的有效性（从第35位上升到第18位）有了大幅改善，但研发机构的质量、企业在R&D方面的支出都出现了不同程度的下降。世界产权组织一份有关专利申请的报告也指出，德国2013年的专利申请量下降了4.5%，而其他国家不论是美国、日本还是中国的专利申请量都有不同程度的上升，而中国则在申请量方面超越德国位列全球第3.所以德国在创新方面出现的瓶颈亟须有所突破。
综上所述，德国正是在这种背景下敏锐地觉察出本国未来制造业的发展方向：通过互联网媒介推动德国工业的新发展，实现第四次工业革命，保持本国制造业持续较高的竞争力水平，从而提出了“工业4.0”的构想。
德国“工业4.0”概括来说，就是以智能制造为主导，促使各种生产设备和生产系统智能化、网络化，并实现彼此之间基于互联网的无缝连接，通过借助信息通信技术和制造技术的融合——信息物理系统，实现制造业全部环节的智能化。
德国“工业4.0”的核心是“智能+网络化”，其目标为：第一，促进制造业和新一代互联网技术融合。所以它不单是采用新型制造技术和先进制造设备，而且要将迅速发展的物联网（Internet of Things）和务联网（Internet of Service）引入制造工厂，从而彻底改变工业生产的组织方式和人机关系。其中德国《国家创新战略2020》（High Tech Strategy2020Action Plan）中ICT领域的重点项目——新一代互联网技术向工业渗透，是正确理解德国“工业4.0”计划的重要的甚至是唯一的切入点。第二，智能化，这是德国“工业4.0”的“灵魂”。推动工业从自动化升级为智能化，首先制造业将变得更为灵活、智能和个性化，实现自主运行和优化；其次制造业从自动化向智能化演进的过程，也是工艺流程复杂化的过程，企业驾驭复杂度的能力也必须配套进行升级。“工业4.0”能促进包括生产技术、生产组织方式的演进，同时还使得企业管理复杂工艺的能力提升。
德国“工业4.0”的意义在于以制造业的智能化引领智能社会，从而实现德国“工业4.0”的扩展。在“工业4.0”阶段，除土地、劳动、资本和企业家才能等传统生产要素外，数据成为一种重要的新型生产要素。智能工厂生产可实时生成数据的“智能产品”，形成大数据系统。大数据经实时分析和数据归并后形成“智能数据”，再将“智能数据”进行可视化和交互式处理，实时向智能工厂反馈产品和工艺优化的方案，从而形成“智能工厂——智能产品——智能数据”的闭环，驱动生产系统智能化。而这一切的实现，不仅依赖于可靠的“云设施”，更为重要的是数据这一新型生产要素的生成和利用。其中通过智能工厂和智能产品构成嵌入式制造系统，借助物联网和务联网，将智能交通、智能物流、智能建筑、智能产品和智能电网等相互连接。所以德国“工业4.0”计划的最终目标是以制造业的智能化引领国民经济体系的智能化发展。
德国“工业4.0”向人们展现出全新的工业蓝图：在万物互联的网络化世界，原有传统企业和行业的边界模式、产业链实时分工重组，物联网和务联网渗透到生产技术的各个环节，新价值的创造过程发生巨大改变，各种新型工厂和产品层出不穷，高灵敏度的智能化生产和个性化产品定制成为现实。德国“工业4.0”的推出，对各国的创新发展均具有深远的影响。
德国“工业4.0”适应新一代互联网技术迅速发展的需要，是产学研及社会组织通力合作的典范。一是德国国家工程院和联邦教育研究部积极参与，体现了国家战略意图和相应的政策支持。二是德国工业和ICT产业（包括软件和硬件）是“工业4.0”计划的积极倡导者和实践者，为“工业4.0”计划的推进提供了资源保障和试验场。三是德国重点技术型大学和著名的弗朗霍夫研究所为“工业4.0”计划提供解决方案支持。四是德国主要的行业协会也深度参与到该计划当中，发挥组织协调和信息交流的作用。正是这种产学研协同，夯实了技术创新基础。通过技术创新来促进德国“提升产品质量的渐进性创新”模式的形成，推动了制造技术精益求精，重新奠定了德国装备制造业的全球领先优势。同时，德国在嵌入式系统和企业管理方面积累了丰富经验，制造技术和ICT技术的优势构成了实施“工业4.0”计划的产业基础。
“工业4.0”是德国针对再工业化的顶层设计，为未来德国工业发展描绘了细致的发展蓝图。首先，德国政府制定了明确的创新战略与创新路线。2010年德国政府推出《高科技战略2020》，旨在加强科技与产业间的协作能力，同时为基础和应用研究制定框架，而“工业4.0”正是《高科技战略2020》中十大未来项目之一。其次，为推进“工业4.0”计划的落实，德国三大工业协会——德国信息技术、电信和新媒体协会、德国机械设备制造业联合会（VDMA）以及德国电气和电子工业联合会（ZVEI）共同建立了“第四次工业革命平台”办事处进行必要的组织与协调，还开设了网站（http://www.plattformi40.de）作为信息发布与公众交流的平台。再次，从中央政府到地方政府均制定创新激励政策，助推技术创新。中央政府着力扶持中小企业创新，降低企业创新风险。联邦政府通过中小企业创新核心项目（ZIM）为中小企业研发提供直接资金补贴。地方政府同样不断创新鼓励研发的政策工具。地方政府层面的资金主要用于促进大学、研究机构和企业的联合创新。
德国“工业4.0”计划是面对新工业革命来临，在产业升级和转型方面的主动求变之道。该战略的诸多经验和实践，都为各国制造业的新发展和转型以及国家创新发展提供了有益的启发和思路。