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按照经济史教科书的说法，第一次工业革命发生于18世纪60年代，人类由手工劳动进入“蒸汽时代”，由农业文明进入了工业文明。第二次工业革命发生于19世纪70年代，以1866年德国人西门子研制成发电机为标志，使人类从此由蒸汽时代进入电气时代。第二次工业革命对世界政治、经济产生了巨大的影响，生产力的迅猛发展改变了社会经济结构和世界秩序。第三次工业革命发生于20世纪四五十年代，这一时期的主要成就是在原子能技术、航天技术、电子计算机等方面，人类由电气时代进入信息时代。
目前学术界并没有对“第四次工业革命”的权威解释。各个国家对第四次工业革命的定义也不同，德国将其命名为“工业4.0”，欧洲其他国家及中国也采用这一概念，美国将其称为“再工业化”，日本则称其为“工业智能化”。
每一次工业革命的直接驱动力都是日益增长的物质需求和落后的生产力之间的矛盾，每一次生产力的变革都是缓解这一矛盾的过程。第四次工业革命首先要解决的是规模化生产和定制化需求的矛盾。消费者越来越追求个性化，如何低成本地满足个性化需求？就是要解决个性和共性之间的矛盾。再次要解决大规模生产与定制化生产产生的巨大成本差异，要解决设备和工艺的多样性造成技术的普适性和特殊性难以兼顾的矛盾，其核心是要解决自适应和柔性制造问题。第三要解决宏观和微观之间的矛盾，要解决个体活动和集体活动之间的矛盾，其核心是要解决协同优化。随着第四次工业革命的深入开展，世界上发达国家在实践中呈现出了不同的技术路线和实施策略。
1. 代表性国家的技术路线
第四次工业革命是以智能化为核心的工业价值创造革命，为了满足客户个性化的需求，必须将传统的刚性生产模式转变为柔性生产模式。因此，仅仅靠在现有的控制与信息系统基础上升级满足不了智能化的要求。德国工业4.0工作项目包括“智能工厂”“智能生产”“智能物流”“智能电网”“智能建筑”等项目。其中“智能工厂”部分根据德国自身在制造业中的优势，从产品的制造端提出了智能化转型方案。其核心是利用物联网和网络物理生产系统（Cyber-Physical Production System，CPPS），等技术，为生产过程中的每个环节建立信息化的链接，实现“人、机、物、法、环”信息的高度透明。其相应的技术如表1-1-1所示。
表1-1-1 智能工厂相应技术
在实施方案的规划上，德国提出了“二维战略”的发展思路，从纵向和横向两个维度推进工业体系的智能化。纵向指的是企业内部“端到端的信息融合”，实现从底层的驱动器和传感器信号到最高层的战略决策层的无缝连接；横向指的是企业内部价值链及上下游产业链的整合和协同优化。
不同于德国在制造业和控制领域具有深厚的功底，美国人在互联网技术及应用上有先天的优势，因此其选择的方向是智能互联。美国国家科学基金会（NSF）最早于2006年就提出了信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）的概念，即从实体空间的对象、环境、活动中进行大数据的采集、存储、建模、分析、挖掘、评估、预测、优化、协同，并与对象的设计、测试和运行性能表征相结合，产生与实体空间深度融合、实时交互、互相耦合、互相更新的网络空间，从而通过自感知、自记忆、自认知、自决策、自重构和智能支持促进对象的全面智能化。以CPS为核心的智能化体系，正是根据工业数据环境中的分析和决策要求设计的，其特征是智能感知、数据到信息的转换、网络的融合、自我的认知、自由的配置。
根据这5个特征，美国构建了5层技术模型。第一层是智能感知层，如何高效和可靠地采集数据。第二层是数据到信息的转换层，也就是信息的挖掘层，如何把各传感器、控制器及管理信息系统的数据抽取出来转换成信息。第三层是网络层（Cyber），这里的网络不同于信息系统中的网络，其指的是网络化的协同管理，是面向设备集群及整个公司的运营及经营活动的横向数据挖掘。第四层是认知层，也就是识别与决策层。通过CPS的网络感知，根据健康状况的历史性分析及通过某种特定的算法预测潜在的故障，为决策提供依据。第五层是配置层，也就是执行层。由于可以追踪机器的健康状况并做出智能分析，可以根据历史数据及实时采集到的数据动态调整参数，从而动态优化配置，达到自适应。
2. 中国的技术路线
为了推动第四次工业革命，中国也相继推出了一系列政策，重点强调了推进信息化和工业化深度融合，推动工业互联网创新发展。2016年2月在工业和信息化部（下文简称工信部）的领导下，工业互联网产业联盟于2016年发布了《工业互联网体系架构（版本1.0）》，经过3年的修订和完善，于2019年发布了《工业互联网体系架构（版本2.0）》。该体系共分业务、功能、技术、实施四大部分，从产业层、业务层、能力层、场景层给予指导。
工信部于2016年发布了《智能制造发展规划（2016—2020年）》。智能制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征3个维度对智能制造所涉及的活动、装备、特征等内容进行描述，主要用于明确智能制造的标准化需求、对象和范围，指导国家智能制造标准体系建设。工信部、国家标准化管理委员会在2015年共同组织制定了《国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）》。智能制造标准体系结构包括“A基础共性”“B关键技术”“C行业应用”3个部分，主要反映标准体系各部分的组成关系。
中国电子技术标准化研究院于2016年9月发布了《智能制造能力成熟度模型》。该模型由维度、类、域、等级和成熟度要求等内容组成。