革命的本质是生产关系的变革，背后的根本原因是原有的生产关系束缚了生产力的发展。这个道理在人类社会中普遍适用，在工业革命中也同样适用。回顾前三次工业革命，我们都能够发现这样一个规律，即每一次工业革命都使生产要素的边际生产力获得本质的提升，使生产要素的内涵发生本质的变化，并改变了生产力的决定性要素。
第一次工业革命发生的背景是依靠人力为主要力量的生产系统遇到了发展的瓶颈，受限于人力的边际生产力，人类社会在不断重复着周期性的增长规律长达数千年后，依然没有突破生产力发展的瓶颈，急需新的技术带来生产力的解放。于是，以蒸汽机为代表的新动力机器应运而生，使劳动力的边际生产力得到本质的提升，人类也第一次踏入了工业时代的门槛。罗伯特-威尔斯给了机器如下定义：机器是劳动力与工作之间的媒介，其为了一个特定的功能将两者彼此相连。第一次工业革命后，劳动力的边际生产力就不再是制约人类社会发展的瓶颈，这也直接导致马尔萨斯人口论成为历史，社会迎来了人口飞速增长的黄金年代。第一次工业革命也使得起决定性作用的生产要素从土地和劳动力变成了以机器为代表的资本。
过了约一百年以后，生产力的发展又遇到了新的瓶颈，制约其发展的原因主要有两个方面：离散化的生产效率很低，成本高昂；动力（能源）的获取成本很高。受这两个原因的制约，工业产品并没有真正成为大众消费品，使更多人享受工业革命的红利并释放这部分的市场潜能成为第二次工业革命的需求。于是福特发明了第一条生产线，在生产效率和成本上实现了汽车的大规模制造，让汽车真正成为大众消费品。尼古拉-特斯拉发明了交流电，使电力成为基础设施和公共资源，廉价而易得的电力开始进入千家万户，需要电力驱动的工业产品也成为大众消费品。人对于经济发展的作用，从以输出劳动力为主转变为以消费需求推动为主，以殖民形式掌握人力和土地要素的方式所带来的收益开始远远不及具有强大消费能力的市场。这也从根本上造成了几乎持续了整个二十世纪的国际局势和人类社会组织形式的变革。
有一个值得注意的细节，福特设计的第一条汽车生产线与现在的完全不一样，那条生产线要完成铁矿石制造成汽车的每一个步骤，所以，福特公司最早的工厂建在河边，把铁矿石从河边运到工厂后，从炼钢开始第一个生产步骤。这样的生产模式使得建立工厂成为一项耗资巨大的工程，且每设计一个新的工业产品所要投入的建设成本也非常巨大。这也造成了工业品的创新成本高昂，使得产品的种类单调，迭代速度也很缓慢。正是这样的矛盾催生了第二次工业革命中的另一项变革——“工业标准”。虽然很少被提及，但其却与生产线的发明有着同样重要的意义。标准的形成是工业社会分工的基础，分工的形成又从两个方面进一步提升了生产效率：一方面是各个分工环节上的公司不断降低产品的成本和提高产品的质量，使得工业产品的价格和品质不断进步；第二个方面是为产品创新提供了基本框架和基础保障，创新者不必再亲自开发和制造每一个环节，而每一个环节上的创新突破也都可以迅速应用到一个更大的体系中创造价值。第二次工业革命从本质上改变了组织要素的内涵，也使得组织要素的边际生产力得到革命性的提升。
在这一阶段，企业的竞争力改善主要围绕着管理哲学和组织制度的创新，其中以日本企业最具代表性。二十世纪六十年代，日本意识到其制造的产品在质量上与欧美制造的产品存在巨大差距，为了摆脱其产品在国际市场上无人问津的窘境，提出了以“全生产系统维护（TPM）”为核心的生产管理体系。TPM的核心思想可以用“三全”来概括：全效率、全系统和全员参与；目标可以用四个零来概括：零停机、零废品、零事故和零效率损失。实现方式主要包括三个方面的改善：提高工作技能、改进团队精神和改善工作环境。这一阶段的改革奠定了日本制造业的精神内核，也使日本制造业在短时间内险些使美国丧失世界第一制造大国的地位。受到日本制造业冲击的美国和欧洲纷纷效仿日本，建立了先进的生产管理制度，并完善了流程管理体系。这个阶段为制造系统的进步所带来的影响可以总结为：利用先进的管理制度和组织文化，将生产过程中解决和避免问题的经验，以规范和纪律的形式融合于生产系统中。
到了第三次工业革命前夕（二十世纪六十年代~七十年代），随着工业产品的复杂性和对精确度的要求越来越高，原有的、以人的操作为基础的生产系统在效率、稳定性和可靠性方面都出现了瓶颈。于是工业系统提出了新的需求，即在复杂的环境中连续稳定地生产精密的工业产品。在这个背景下，以可编程逻辑控制（PLC）和计算机数字控制为代表的数字化技术开始广泛应用于工业系统中，自动化集成系统开始逐渐代替人的操作。与此同时，伴随着越来越精细的分工和越来越复杂的生产系统，协作和管理的效率成本成了新的瓶颈。因此在数字化控制系统和通信技术开始普及的基础上，制造执行系统（MES）、计算机辅助设计系统（CAD）、企业资源管理系统（ERP）、产品生命周期管理系统（PLM）和远程监测系统（RMS）等开始广泛应用。
第三次工业革命带来了两项变革，即数字化和网络化。这两者的到来使得组织要素不再仅依靠制度和文化，协作的范围也从一个工厂内部扩展到全球，以信息和自动化系统实现全流程的管理和执行使得组织要素的边际生产力得到本质的提升。于是，人类与社会的连接从“可见的”实体世界扩展到了“不可见的”网络世界，信息成为核心的生产要素。
前三次工业革命发展的过程带来的启示是，每一次工业革命的根本原因在于原有技术体系下的生产要素已经无法满足生产力的发展要求，在这种需求的推动下，新的使能技术的诞生会帮助人们突破限制生产力发展的瓶颈，同时，伴随着新的基础设施的发展，新技术的红利得以快速普及。遵循这个规律，可以对前三次工业革命进行如下的总结，如表1-1所示。
表1-1 前三次工业革命的特点和意义
如果以相同的思维看待这一次工业革命，制约生产力发展的新瓶颈是什么？需要进一步释放的能力和价值又是什么？
在生产力六要素中，有一个核心要素是“技术”，技术要素即包括设计、配方、工艺、核心零部件、材料、技术规范等可见的要素，也包括生产经验和生产知识等不可见的要素。技术要素中可见的部分通常可以通过买卖而获得，但是不可见的部分，如知识和经验却难以定价和交易。而另一方面，可见的技术要素归根结底来自知识和经验，是这两者经过抽象化和模式化后的表现。
我们认为当前工业遇到的新瓶颈在于技术要素的不可见部分，即人的知识产生和利用效率已经不能满足生产系统的要求，依靠人的知识和经验去驱动生产系统已经达到了生产力的边界，难以使其以最优的效率运行和协同。受到知识和经验的限制，以人的决策为驱动的生产系统中有很大一部分价值并没有释放出来。例如，使用同样的机床，有的工厂能够生产出精密的核心部件，而很多工厂却不行，这就意味着机床其实并没能真正释放出它们的潜力。而造成这个差异的原因是工业系统的知识和经验的缺失，这需要依靠人的日积月累才能获得，但传统依靠人的知识和经验的方式正在遭遇如下瓶颈：
（1）系统越是复杂，人的学习曲线就会越缓慢，而当人的学习曲线落后于技术的进步时，人就会成为制约技术进步和应用的瓶颈。
（2）随着网络通信技术（ICT）的不断发展，获取信息早已不再是难题，虽然人具有认知能力且善于抽象思维，但是并不擅长处理多维信息之间的精确量化分析，因此制约决策质量的不再是如何获取信息，而是对信息进行精确的分析与对目标进行优化。
（3）人的知识也并没有被高效和规模化地应用，无论是一个熟练的操作工人，还是一个有丰富工程经验的专家，他们的知识都只能服务于非常有限的对象，而这些知识也会随着人的逝去而消失。
因此，如果把CPS作为第四次工业革命的使能技术，那么它就必须要解决知识的产生、利用效率以及规模化的瓶颈，使得整个工业系统以最优化的协同方式释放最大的能力，从而实现价值创造的新突破。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
