PLC近半世紀的歷史，在硬體發展上已相當成熟，尤其在半導體技術的進步，同時讓PLC的效能全面升級；在此同時，PC Based控制器則對PLC帶來威脅，市場普遍相信PC Based控制器與PLC將會共存而各司其職，使自動化系統效能更全面。

就技術面言，有兩項議題對PLC有較大影響，一為內部技術的大幅提昇，二是外部技術的威脅。

先從內部技術提昇分析，PLC在1969年問世後，在各自動化廠商相繼投入下，技術發展相當快，但經過一段時間後，陷於當時科技水準，PLC的架構一度停滯，沒有大幅變動；但直到半導體技術成熟後 ，PLC因此再次升級，成為目前日趨精緻的架構。

由於半導體技術帶動了CPU的快速發展，在摩爾定律加持之下，CPU的運算速度成幾何成長，運算速度加快且價格不斷下跌，讓PLC廠商得以透過較以往更佳的運算核心，增加PLC的能力。

圖一 : PLC近半世紀的歷史，在硬體發展上已相當成熟。

另一方面，在PLC的CPU掃描後，CPU會擷取所有輸入點的訊號先暫存在記憶體中，隨後執行程式邏輯運算時，直接取用輸入訊號暫存區內的資料做判斷，而不是即時從現場擷取訊號。同樣的，要輸出的控制訊號也不是產生一個就輸出一個，而是先存放在記憶體中的輸出訊號暫存區，掃描周期結束時再將訊號集中輸出，因此除了CPU外，記憶體對PLC而言也相當重要，以往PLC多採用EPROM或EEPROM作為可程式記憶體，在快閃記憶體（Flash）大量普及後，PLC的元件價格不但更低廉，而且也進一步強化效能。

半導體產業加持 PLC效能大幅擴充

除了運算功能，半導體技術也讓PLC增加更多可能性，以往PLC多只負責單純的控制，在高速CPU的加持下，類比訊號處理、閉環控制、網路通訊或高速I/O等，不必再像以往，必須內建特殊功能模組來完成。

單一強大效能的CPU，降低了PLC的架構複雜度，大幅提昇了穩定性與運作速度，同時也縮小了PLC的外觀體積，當然連帶也降低了成本。這也造成目前小型PLC的功能日益加強，直逼中型裝置，但體積亦逐漸「精緻」，也造成PLC的應用，不再僅侷限於傳統工廠自動化環境。

經過現在半導體技術加持過的PLC，不再限縮於傳統的控制領域，而能比較廣泛應用於製程控制中；加上隨著擴充性與通訊能力的提高，PLC已經成為各種複雜的分散式控制系統的重要組成部分。

不過在此需要一提的是，儘管PLC的效能提昇了一個層次，這類強大效能CPU多只應用於大型PLC上，中小型PLC由於應用領域不需複雜控制，對運算速度的要求也不高，高效運算核心並不見得實用，因此部分廠商將高效CPU的技術轉型研發功能完整的SoC，將CPU及硬體處理電路 (HLS)、記憶體、週邊電路等整個系統整合到一個BGA包裝之晶片，讓一顆IC就是整套系統，不但使體積大為縮小，可靠度也大幅提高。

相較於以現有商用CPU組合其他元件所製成之PLC，其穩定度、處理速度及精度自然大幅提升；但這類研發SoC的模式，時間與金錢的大幅度損耗，除非是專業PLC以長期眼光規畫，此類設計模式仍有其困難度。

挾工業電腦氣勢 PC Based控制器來勢洶洶

外部的威脅，主要來自於PC Based控制器的挑戰。PC技術成熟後，廠商開始將觸角延伸到各個角落，在製造業，為了有效整合與管理製造現場資訊，再加上工廠新的自動化設備出現，如視覺檢測、高速擷取資料、資料統計分析及快速定位等，這些軟硬體均為PC Based架構，因此工業電腦廠商開始思考，以PC Based控制自動化設備的可能性。

PC Based穩定度仍有疑慮

PC Based控制器問世後，由於廠商號稱此類產品功能強、周邊技術支援多、相容性佳，與管理層的管理軟體可以輕鬆互連，不過PLC廠商則指出，PC Based控制器的不穩定終究將使它無法存活於工業環境。

雖然工業電腦廠商一再宣稱，已針對PC Based控制器的不穩定問題進行改善，不過這未必能說服既定印象已深的製造業者，至少就目前來看，PC Based控制器在製造業，並未獲致工業電腦廠商當初號稱的成果。

PC Based控制器發展至今，雖未能全面攻佔PLC地盤，不過也已切割出另一領域，尤其是在單純的加工環境，如實驗室、半導體前段製程、替代某一部分CNC工具機、中央監控系統等，就現況來看，PC Based控制器與PLC已共存於市場，一套自動化系統中，不太可能像以往只選擇使用PLC作為控制核心，而是兩者均用，在單純控制以PLC為主，若有分析資料、網路、統計等需求，則由PC Based 控制器負責，PLC與PC Based控制器兩者在一套大型系統中的應用比例約為7：3。

界線逐漸模糊 PC與PLC有機會並肩合作

PC Pased控制器將電腦強大的資料處理和網路能力、使用者介面及程式設計環境，整合傳統PLC的高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、故障查找方便等特點，通過軟體的方式，來實現傳統PLC的PID控制、離散控制和模擬控制等功能。

在過去關於PLC和PC Based的控制系統二者間相較，孰優孰劣的辯論的確相當激烈。在推出近半世紀，PLC已經發展至包含類比I/O、網路通訊，以及像是IEC 61131-3的程式標準，但工程師亦利用數位I/O、類比I/O點等，以及簡單的程式設計技術，創造出百分之八十的工業應用程式。因此可以說，PLC與PC Based控制器的界線，的確是愈來愈模糊。

此外，由於PLC等自動化元件多必須與整體自動化系統搭配，一部份零配件效能的大幅提昇，未必是整體系統的同等提昇，必須有其他週邊零配件的支援才會有效果，因此使用者必須從整體系統面來評估，才不會陷入見樹不見林的盲點。不論是PLC或是PC Based控制器，其選擇仍應依最適化原則來進行規劃，並不是只選其一就能勝任。在當今或未來的工廠自動化環境中，PLC和PC Based控制器均有其特點；甚至在很多情況下，自動化控制過程將同時包含離散和程序控制，因而 PLC與PC Based控制器將有機會並肩合作。

這意味著什麼？這代表當問及「PLC或PC在工業控制中誰會更為出色？」時，合理的回答是，「都很優秀」。

智慧工廠打造第四波工業革命

整合平台及軟硬體的共同發展，讓系統整合製造更加完整；讓工廠精確地管理原料、製程及產品，不但能夠因此降低成本，此外亦能提升效能。製造的智慧化，讓製程更加精確，亦確立了工廠自動化的新型態，向「智慧工廠」邁進。

近年來，製造業面臨的競爭日趨激烈，消費者的胃口瞬息萬變，造成產品生命週期愈來愈短，客製化產品日趨多樣，製造成本亦跟著難以控制；此外，更加複雜的其他因素變項，使得廠商必須隨時面對不穩定的訂單、少量多樣的生產、生產良率的控制，以及備料庫存壓力等相關問題，從中尋求一個能夠同時提升生產力及競爭力的關鍵策略，成為廠商有志一同的關切方向。

「智慧工廠」的發展，為廠商提出了新的方向。包括清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地蒐集生產線數據，以及合理的生產計畫編排與生產進度等，都是業者提升競爭力及生產力所必須掌握的關鍵項目。

環顧工廠製造的發展歷程，早期主要是讓「人」來照顧機台；在自動化導入後，雖然建立大量標準化規則，並透過程式系統加以控制加工生產，但仍然需要「人」監視機台，製程資訊亦需要透過人工抄寫，統計資訊內容亦不甚完整。

一直到整合平台、軟體、硬體及機台的共同發展，逐漸形成「智慧工廠」概念，才使得廠商從單純的製造業，成為「服務型」的創新產業。

智慧工廠技術 來自人工智慧研究

製造領域的智慧化，源自於「人工智慧」的研究。自1980年代起，人工智慧被引進製造領域，製造業各種智慧化的機械、製程以及系統等技術興起，智慧製造技術尤其更加多元；此外，近年來包括系統平台、軟體技術、感測系統及網際通訊等技術的突飛猛進，讓智慧製造系統更加強大，甚至能跨越地域限制的遠端控制，都是智慧工廠的技術展現。

不可諱言，製造的全程中實現「完全的」智慧化，雖然並非完全做不到的事情，但現在的技術的確有些難度，只能期待遙遠的將來。但這類早期用於高科技的智慧製程技術，是否可以用於傳統產業的發展，這個傳統以來多是勞力密集化的產業，是否也可以透過相關技術來完成「製造智慧化」，乃至於智慧工廠？

回顧過去的製造系統演變，不難發現是常需求的改變及新技術的引進，成為改變製造系統型態的主要驅動力。1970年代之前盛行「專用製造系統」，強調快速有效率生產單一產品，以滿足市場的需求；但隨著生產技術的進步，產品的生命週期隨之縮短，傳統的專業製造系統無法滿足市場改變的腳步，於是在1980年代衍生出可程式化及多功能的「彈性製造系統」作為替代，使產品型態改變時，控制者仍可透過程式化介面，調整系統的功能。

在1980至1990年代，製造系統建構的重點，從快速製造轉換為「提升品質」及「降低成本」，這類思考也導致後來「精實製造」及「敏捷製造」蔚為主流；前者指製造活動所需資源減低，後者更進一步將企業組織與產品型態變動鎔為一體。1983年，人工智慧被帶入製造業，成為工廠自動化的起源，至此之後製造系統智慧化的腳步，就一直沒有斷過。

智慧製造的目標，簡單來說，即是將人工智慧融入製造過程的所有環節中，系統直接可以自動監測生產線運作過程，亦可自動調整、自動組織，甚至「最佳化」在製程中整合設計、加工、控制及管理等過程，以適應外界或內部的變化環境。

1989年，日本提出「智慧化製造系統」國際合作計畫，從1992至1994年進行可行性研究，建立六項工業界主導的「可行性國際合作測試案例」，包括《流程工業潔淨製造》、《全球化製造同步工程》、《21世紀全球化製造》、《全方位製造系統》、《快速產品開發》、《知識系統化》等智慧系統；此後經過10年的努力，包括日、美、加、澳、歐盟、挪威、瑞士及南韓等七大地區工業界、學術界及研究單位發展出的智慧製造技術的共通平台，以及21項研究計畫，可將智慧製造系統大致歸納下列五項特徵：

一、系統具有自主能力：可蒐集與理解外界及自身的資訊，並以之分析判及規劃自身行為。

二、整體可視技術的實踐：結合訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術，將實境擴增展示現實生活中的設計與製造過程。

三、協調、重組及擴充特性：系統中各組承擔為可依據工作任務，自行組成最佳系統結構。

四、自我學習及維護能力：透過系統自我學習功能，在製造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執行故障診斷，並具備對故障排除與維護，或通知對的系統執行的能力。

五、人機共存的系統：人機之間具備互相協調合作關係，各自在不同層次之間相輔相成。

從智慧製造到智慧工廠，基本上系統的發展均依照這五項特徵為基礎，作為後續變化的支撐，而這些特徵，也成為工廠自動化的重要特色重點。

解決人力需求 系統整合讓製造更智慧

既然談到「智慧」，工廠「自動化」的系統絕對是其中重要的角色。

「製造智慧化」之所以蔚為風潮，主要的原因在於原物料價格飛漲，但產品的價格卻因為競爭激烈價格未跟著上揚，廠商必須設法吸納因原物料上漲所增加的成本負擔；因此，讓工廠精確控制原料、製程及產品，不但能夠因此降低成本，此外亦能提升效能，製造的「智慧化」便成為工廠自動化的當務之急。

另外，製造的智慧化亦是因應產能效率，以及人力成本等問題的解決方案。早期的台灣製造商，面對逐漸高昂的人力成本，多以轉向人力成本較低的大陸做為生產製造基地；但在近年來，隨著大陸經濟轉型，人力成本也成為下一階段的新負擔。在大陸的廠商必須重新佈局設點，或轉向內地，或出走他國，而仍留在台灣的製造業廠商，也同時再次面臨著人口結構的改變。

對智慧化的更高期盼

除了基層勞動力外，技術勞工的短缺也是相同的困境；不論任何地區，均促使產業界對生產自動化與智慧化的更高度期盼。

因應人力成本所衍生出的「智慧製造」，指的是透過智慧機器與「人」所共同組成的「人機一體化」系統，製造系統在製程中，協助「人」進行分析、推理、判斷、構思及決策等活動，通過人與智慧機器的合作，系統的功能再次延伸，取代人類在製造過程中原有的部份勞動與腦力，如此一來，「智慧製造」再次更新了製造自動化概念。

目前來看，「智慧工廠」概念仍眾說紛紜，如果就業界的產品布局來看，仍可歸納出一個共通定義，新概念工廠「智慧化」，主要可以包含「製程管控可視化」、「系統監管全方位」及「製造綠色化」三層面。

從「製程管控可視化」來看，由於智慧工廠高度的整合性，在產品製程上，包括原料管控及流程，均可直接即時展示於控制者眼前，讓控制者得以全盤掌握製程的現況，同時系統機具的現況亦可即時掌握，讓控制者得以進行在控管製程的同時，減少因系統故障造成偏差。

此外，製程中的相關數據均可保留在資料庫中，讓管理者得以有完整資訊進行後續規劃，也可以依生產線系統的現況規劃機具的維護；也因為資訊的整合，以之建立產品製造的「智慧組合」。

「系統監管全方位」部份，由於智慧製造的設備，必須具有感知能力，以感測器做連結，系統可進行識別、分析、推理、決策、以及控制功能；這類製造裝備，可以說是先進製造技術、資訊技術和智慧技術的深度結合。

當然此類系統，絕不僅只是在工廠內安裝一個軟體系統而已，主要是透過系統平台「累積知識」的能力，來建立設備資訊及反饋的資料庫。

這不但可掌握產品完成之時程，亦可提供更進一步服務，從訂單開始，到產品製造完成、入庫的生產製程資訊，都可在資料庫中一目了然；此外，在遇到製程異常的狀況，控制者亦可更為迅速反應，以促進更有效的工廠運轉與生產。

在「製造綠色化」方面，除了在製造上利用環保材料、留意污染等問題，並與上下游廠商間，從資源、材料、設計、製造、廢棄物回收到再利用處理，以形成綠色產品生命週期管理的循環，更可透過綠色ICT的加值應用，延伸至綠色供應鏈的協同管理、綠色製程管理與智慧環境監控等，協助上下游廠商與客戶之間共同創造符合環保的綠色產品。

從自動化到智慧化

智慧工廠早期多注重在「製程」的智慧化，這主要是來自於高科技產業的快速發展；透過電腦平台系統，直接監控機台及生產線，適合應用在較為精密的產業上；此外像是半導體晶片等相關製程，多需要在極度潔淨的無塵環境工作，「人」的變因反而有可能造成產品製程複雜化，因此「自動化」乃至於「智慧製造」成為這類高科技廠商的最佳選擇。

因此，從系統架構來看，智慧製造可以將整個系統分為「全方位製造系統」、「可重組智慧系統」以及「智慧化維護系統」三個組合。

毫無疑問，智慧製造的確是自動化的未來發展方向。在製造過程的各個環節，幾乎都可廣泛應用人工智慧技術，像是專家系統可以用於工程設計、工藝過程設計、生產調度，以及故障診斷等技術；亦可將神經網路和模糊控制技術等先進技術，應用於產品配方、生產調度等流程，實現製程智慧化。