PLC近半世纪的历史，在硬体发展上已相当成熟，尤其在半导体技术的进步，同时让PLC的效能全面升级；在此同时，PC Based控制器则对PLC带来威胁，市场普遍相信PC Based控制器与PLC将会共存而各司其职，使自动化系统效能更全面。

就技术面言，有两项议题对PLC有较大影响，一为内部技术的大幅提升，二是外部技术的威胁​​。

先从内部技术提升分析，PLC在1969年问世后，在各自动化厂商相继投入下，技术发展相当快，但经过一段时间后，陷于当时科技水准，PLC的架构一度停滞，没有大幅变动；但直到半导体技术成熟后，PLC因此再次升级，成为目前日趋精致的架构。

由于半导体技术带动了CPU的快速发展，在摩尔定律加持之下，CPU的运算速度成几何成长，运算速度加快且价格不断下跌，让PLC厂商得以透过较以往更佳的运算核心，增加PLC的能力。

图一 : PLC近半世纪的历史，在硬件发展上已相当成熟。

另一方面，在PLC的CPU扫描后，CPU会撷取所有输入点的讯号先暂存在记忆体中，随后执行程式逻辑运算时，直接取用输入讯号暂存区内的资料做判断，而不是即时从现场撷取讯号。同样的，要输出的控制讯号也不是产生一个就输出一个，而是先存放在记忆体中的输出讯号暂存区，扫描周期结束时再将讯号集中输出，因此除了CPU外，记忆体对PLC而言也相当重要，以往PLC多采用EPROM或EEPROM作为可程式记忆体，在快闪记忆体（Flash）大量普及后，PLC的元件价格不但更低廉，而且也进一步强化效能。

半导体产业加持 PLC效能大幅扩充

除了运算功能，半导体技术也让PLC增加更多可能性，以往PLC多只负责单纯的控制，在高速CPU的加持下，类比讯号处理、闭环控制、网路通讯或高速I/O等，不必再像以往，必须内建特殊功能模组来完成。

单一强大效能的CPU，降低了PLC的架构复杂度，大幅提升了稳定性与运作速度，同时也缩小了PLC的外观体积，当然连带也降低了成本。这也造成目前小型PLC的功能日益加强，直逼中型装置，但体积亦逐渐「精致」，也造成PLC的应用，不再仅局限于传统工厂自动化环境。

经过现在半导体技术加持过的PLC，不再限缩于传统的控制领域，而能比较广泛应用于制程控制中；加上随着扩充性与通讯能力的提高，PLC已经成为各种复杂的分散式控制系统的重要组成部分。

不过在此需要一提的是，尽管PLC的效能提升了一个层次，这类强大效能CPU多只应用于大型PLC上，中小型PLC由于应用领域不需复杂控制，对运算速度的要求也不高，高效运算核心并不见得实用，因此部分厂商将高效CPU的技术转型研发功能完整的SoC，将CPU及硬体处理电路(HLS)、记忆体、周边电路等整个系统整合到一个BGA包装之晶片，让一颗IC就是整套系统，不但使体积大为缩小，可靠度也大幅提高。

相较于以现有商用CPU组合其他元件所制成之PLC，其稳定度、处理速度及精度自然大幅提升；但这类研发SoC的模式，时间与金钱的大幅度损耗，除非是专业PLC以长期眼光规画，此类设计模式仍有其困难度。

挟工业电脑气势 PC Based控制器来势汹汹

外部的威胁，主要来自于PC Based控制器的挑战。 PC技术成熟后，厂商开始将触角延伸到各个角落，在制造业，为了有效整合与管理制造现场资讯，再加上工厂新的自动化设备出现，如视觉检测、高速撷取资料、资料统计分析及快速定位等，这些软硬体均为PC Based架构，因此工业电脑厂商开始思考，以PC Based控制自动化设备的可能性。

PC Based稳定度仍有疑虑

PC Based控制器问世后，由于厂商号称此类产品功能强、周边技术支援多、相容性佳，与管理层的管理软体可以轻松互连，不过PLC厂商则指出，PC Based控制器的不稳定终究将使它无法存活于工业环境。

虽然工业电脑厂商一再宣称，已针对PC Based控制器的不稳定问题进行改善，不过这未必能​​说服既定印象已深的制造业者，至少就目前来看，PC Based控制器在制造业，并未获致工业电脑厂商当初号称的成果。

PC Based控制器发展至今，虽未能全面攻占PLC地盘，不过也已切割出另一领域，尤其是在单纯的加工环境，如实验室、半导体前段制程、替代某一部分CNC工具机、中央监控系统等，就现况来看，PC Based控制器与PLC已共存于市场，一套自动化系统中，不太可能像以往只选择使用PLC作为控制核心，而是两者均用，在单纯控制以PLC为主，若有分析资料、网路、统计等需求，则由PC Based 控制器负责，PLC与PC Based控制器两者在一套大型系统中的应用比例约为7：3。

界线逐渐模糊 PC与PLC有机会并肩合作

PC Pased控制器将电脑强大的资料处理和网路能力、使用者介面及程式设计环境，整合传统PLC的高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、故障查找方便等特点，通过软体的方式，来实现传统PLC的PID控制、离散控制和模拟控制等功能。

在过去关于PLC和PC Based的控制系统二者间相较，孰优孰劣的辩论的确相当激烈。在推出近半世纪，PLC已经发展至包含类比I/O、网路通讯，以及像是IEC 61131-3的程式标准，但工程师亦利用数位I/O、类比I/O点等，以及简单的程式设计技术，创造出百分之八十的工业应用程式。因此可以说，PLC与PC Based控制器的界线，的确是愈来愈模糊。

此外，由于PLC等自动化元件多必须与整体自动化系统搭配，一部份零配件效能的大幅提升，未必是整体系统的同等提升，必须有其他周边零配件的支援才会有效果，因此使用者必须从整体系统面来评估，才不会陷入见树不见林的盲点。不论是PLC或是PC Based控制器，其选择仍应依最适化原则来进行规划，并不是只选其一就能胜任。在当今或未来的工厂自动化环境中，PLC和PC Based控制器均有其特点；甚至在很多情况下，自动化控制过程将同时包含离散和程序控制，因而PLC与PC Based控制器将有机会并肩合作。

这意味着什么？这代表当问及「PLC或PC在工业控制中谁会更为出色？」时，合理的回答是，「都很优秀」。

智慧工厂打造第四波工业革命

整合平台及软硬体的共同发展，让系统整合制造更加完整；让工厂精确地管理原料、制程及产品，不但能够因此降低成本，此外亦能提升效能。制造的智慧化，让制程更加精确，亦确立了工厂自动化的新型态，向「智慧工厂」迈进。

近年来，制造业面临的竞争日趋激烈，消费者的胃口瞬息万变，造成产品生命周期愈来愈短，客制化产品日趋多样，制造成本亦跟着难以控制；此外，更加复杂的其他因素变项，使得厂商必须随时面对不稳定的订单、少量多样的生产、生产良率的控制，以及备料库存压力等相关问题，从中寻求一个能够同时提升生产力及竞争力的关键策略，成为厂商有志一同的关切方向。

「智慧工厂」的发展，为厂商提出了新的方向。包括清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地搜集生产线数据，以及合理的生产计画编排与生产进度等，都是业者提升竞争力及生产力所必须掌握的关键项目。

环顾工厂制造的发展历程，早期主要是让「人」来照顾机台；在自动化导入后，虽然建立大量标准化规则，并透过程式系统加以控制加工生产，但仍然需要「人」监视机台，制程资讯亦需要透过人工抄写，统计资讯内容亦不甚完整。

一直到整合平台、软体、硬体及机台的共同发展，逐渐形成「智慧工厂」概念，才使得厂商从单纯的制造业，成为「服务型」的创新产业。

智慧工厂技术 来自人工智慧研究

制造领域的智慧化，源自于「人工智慧」的研究。自1980年代起，人工智慧被引进制造领域，制造业各种智慧化的机械、制程以及系统等技术兴起，智慧制造技术尤其更加多元；此外，近年来包括系统平台、软体技术、感测系统及网际通讯等技术的突飞猛进，让智慧制造系统更加强大，甚至能跨越地域限制的远端控制，都是智慧工厂的技术展现。

不可讳言，制造的全程中实现「完全的」智慧化，虽然并非完全做不到的事情，但现在的技术的确有些难度，只能期待遥远的将来。但这类早期用于高科技的智慧制程技术，是否可以用于传统产业的发展，这个传统以来多是劳力密集化的产业，是否也可以透过相关技术来完成「制造智慧化」，乃至于智慧工厂？

回顾过去的制造系统演变，不难发现是常需求的改变及新技术的引进，成为改变制造系统型态的主要驱动力。 1970年代之前盛行「专用制造系统」，强调快速有效率生产单一产品，以满足市场的需求；但随着生产技术的进步，产品的生命周期随之缩短，传统的专业制造系统无法满足市场改变的脚步，于是在1980年代衍生出可程式化及多功能的「弹性制造系统」作为替代，使产品型态改变时，控制者仍可透过程式化介面，调整系统的功能。

在1980至1990年代，制造系统建构的重点，从快速制造转换为「提升品质」及「降低成本」，这类思考也导致后来「精实制造」及「敏捷制造」蔚为主流；前者指制造活动所需资源减低，后者更进一步将企业组织与产品型态变动镕为一体。 1983年，人工智慧被带入制造业，成为工厂自动化的起源，至此之后制造系统智慧化的脚步，就一直没有断过。

智慧制造的目标，简单来说，即是将人工智慧融入制造过程的所有环节中，系统直接可以自动监测生产线运作过程，亦可自动调整、自动组织，甚至「最佳化」在制程中整合设计、加工、控制及管理等过程，以适应外界或内部的变化环境。

1989年，日本提出「智慧化制造系统」国际合作计画，从1992至1994年进行可行性研究，建立六项工业界主导的「可行性国际合作测试案例」，包括《流程工业洁净制造》、 《全球化制造同步工程》、《21世纪全球化制造》、《全方位制造系统》、《快速产品开发》、《知识系统化》等智慧系统；此后经过10年的努力，包括日、美、加、澳、欧盟、挪威、瑞士及南韩等七大地区工业界、学术界及研究单位发展出的智慧制造技术的共通平台，以及21项研究计画，可将智慧制造系统大致归纳下列五项特征：

一、系统具有自主能力：可搜集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判及规划自身行为。

二、整体可视技术的实践：结合讯号处理、推理预测、仿真及多媒体技术，将实境扩增展示现实生活中的设计与制造过程。

三、协调、重组及扩充特性：系统中各组承担为可依据工作任务，自行组成最佳系统结构。

四、自我学习及维护能力：透过系统自我学习功能，在制造过程中落实资料库补充、更新，及自动执行故障诊断，并具备对故障排除与维护，或通知对的系统执行的能力。

五、人机共存的系统：人机之间具备互相协调合作关系，各自在不同层次之间相辅相成。

从智慧制造到智慧工厂，基本上系统的发展均依照这五项特征为基础，作为后续变化的支撑，而这些特征，也成为工厂自动化的重要特色重点。

解决人力需求 系统整合让制造更智慧

既然谈到「智慧」，工厂「自动化」的系统绝对是其中重要的角色。

「制造智慧化」之所以蔚为风潮，主要的原因在于原物料价格飞涨，但产品的价格却因为竞争激烈价格未跟着上扬，厂商必须设法吸纳因原物料上涨所增加的成本负担；因此，让工厂精确控制原料、制程及产品，不但能够因此降低成本，此外亦能提升效能，制造的「智慧化」便成为工厂自动化的当务之急。

另外，制造的智慧化亦是因应产能效率，以及人力成本等问题的解决方案。早期的台湾制造商，面对逐渐高昂的人力成本，多以转向人力成本较低的大陆做为生产制造基地；但在近年来，随着大陆经济转型，人力成本也成为下一阶段的新负担。在大陆的厂商必须重新布局设点，或转向内地，或出走他国，而仍留在台湾的制造业厂商，也同时再次面临着人口结构的改变。

对智慧化的更高期盼

除了基层劳动力外，技术劳工的短缺也是相同的困境；不论任何地区，均促使产业界对生产自动化与智慧化的更高度期盼。

因应人力成本所衍生出的「智慧制造」，指的是透过智慧机器与「人」所共同组成的「人机一体化」系统，制造系统在制程中，协助「人」进行分析、推理、判断、构思及决策等活动，通过人与智慧机器的合作，系统的功能再次延伸，取代人类在制造过程中原有的部份劳动与脑力，如此一来，「智慧制造」再次更新了制造自动化概念。

目前来看，「智慧工厂」概念仍众说纷纭，如果就业界的产品布局来看，仍可归纳出一个共通定义，新概念工厂「智慧化」，主要可以包含「制程管控可视化」、「系统监管全方位」及「制造绿色化」三层面。

从「制程管控可视化」来看，由于智慧工厂高度的整合性，在产品制程上，包括原料管控及流程，均可直接即时展示于控制者眼前，让控制者得以全盘掌握制程的现况，同时系统机具的现况亦可即时掌握，让控制者得以进行在控管制程的同时，减少因系统故障造成偏差。

此外，制程中的相关数据均可保留在资料库中，让管理者得以有完整资讯进行后续规划，也可以依生产线系统的现况规划机具的维护；也因为资讯的整合，以之建立产品制造的「智慧组合」。

「系统监管全方位」部份，由于智慧制造的设备，必须具有感知能力，以感测器做连结，系统可进行识别、分析、推理、决策、以及控制功能；这类制造装备，可以说是先进制造技术、资讯技术和智慧技术的深度结合。

当然此类系统，绝不仅只是在工厂内安装一个软体系统而已，主要是透过系统平台「累积知识」的能力，来建立设备资讯及反馈的资料库。

这不但可掌握产品完成之时程，亦可提供更进一步服务，从订单开始，到产品制造完成、入库的生产制程资讯，都可在资料库中一目了然；此外，在遇到制程异常的状况，控制者亦可更为迅速反应，以促进更有效的工厂运转与生产。

在「制造绿色化」方面，除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题，并与上下游厂商间，从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理，以形成绿色产品生命周期管理的循环，更可透过绿色ICT的加值应用，延伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等，协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。

从自动化到智慧化

智慧工厂早期多注重在「制程」的智慧化，这主要是来自于高科技产业的快速发展；透过电脑平台系统，直接监控机台及生产线，适合应用在较为精密的产业上；此外像是半导体晶片等相关制程，多需要在极度洁净的无尘环境工作，「人」的变因反而有可能造成产品制程复杂化，因此「自动化」乃至于「智慧制造」成为这类高科技厂商的最佳选择。

因此，从系统架构来看，智慧制造可以将整个系统分为「全方位制造系统」、「可重组智慧系统」以及「智慧​​化维护系统」三个组合。

毫无疑问，智慧制造的确是自动化的未来发展方向。在制造过程的各个环节，几乎都可广泛应用人工智慧技术，像是专家系统可以用于工程设计、工艺过程设计、生产调度，以及故障诊断等技术；亦可将神​​经网路和模糊控制技术等先进技术，应用于产品配方、生产调度等流程，实现制程智慧化。