Robotika v komunistickém Československu: Příběh vědy pod železnou oponou

Když si příliš lidí představí komunistické Československo, představuje si zpravidla zaostalou zemi pozadu za Západem. Realita však byla složitější. V oblasti robotiky a počítačové techniky se československá věda a průmysl nejen že snažily existovat v izolaci, ale v mnoha ohledech dosáhly pozoruhodných úspěchů. Jejich odkaz se dochoval až do doby sametové revoluce v listopadu 1989 a ovlivnil vývoj československé robotiky i v následujících desetiletích.

Začátky: Kybernetika jako cesta do budoucnosti

Aby jsme pochopili vývoj robotiky v ČSSR, musíme začít krokem zpět – s kybernetikou. Tato vědecká disciplína, kterou v 40. letech minulého století založil Norbert Wiener, se skrývala za slůvkem, které mělo být klíčové – kybernetika slibovala cestu k automatizaci a řízení složitých systémů.

Jenomže v SSSR a jeho satelitech byla kybernetika dlouho považována za ideologicky podezřelou – za „buržoazní pavědu" imperialismu. Teprve když se Nikita Chruščov ujal moci a sovětské hospodářství začalo zaostávat za americkým, změnilo se postoj. Moskva si najednou uvědomila, že bez automatizace a výpočetní techniky nemohou konkurovat Západu ani ve zbrojním průmyslu.

V Československu, podobně jako v SSSR, se přístup ke kybernetice začal měnit od poloviny padesátých let. V roce 1958 vznikla Komise pro kybernetiku při Československé akademii věd (ČSAV), kterou v roce 1966 vystřídala Československá kybernetická společnost. Mezi jejími iniciátory byli takové osobnosti jako profesor Antonín Svoboda, profesor Jan Charvát a profesor Vladimír Vondráček. Jedním z nejvýznamnějších propagátorů kybernetiky v ČSSR byl doc. Zdeněk Wünsch, který se věnoval především medicínské kybernetice.

Kybernetika se nejdříve prosadila v technických oborech – v letectví, kosmonautice a automatizační technice. Právě tyto obory se staly základem pro pozdější rozvoj průmyslové robotiky.

Počítače: Od SAPO k průmyslovým strojům

Československo se v padesátých letech rozhodlo pro ambiciózní projekt – vytvořit vlastní počítač. V roce 1950, pod vedením doc. Antonína Svobody a jeho kolektivu v Ústředním ústavu matematického ČSAV, začala příprava projektu samočinného počítače. Projekt byl pojmenován SAPO – akronym z „samočinného počítače".

SAPO nebyl zrovna běžný počítač. Jednalo se o reléový počítač s magnetickou bubnovou pamětí o kapacitě 1024 32bitových slov. To, co jej činilo výjimečným, byla jeho konstrukce – Svoboda a jeho tým implementovali princip fault-tolerant, tedy zabezpečení výpočtu proti chybám. Operační jednotka SAPO se skládala ze tří nezávislých částí, z nichž se používal výsledek, na kterém se shodly alespoň dvě. Toto řešení bylo na světě poprvé a podruhé jej používala teprve americká letadla s počítači pro program Apollo.

Proč relé, když už existovaly elektronky? Jednoduše proto, že československý průmysl elektronky nevyráběl a kvůli přísným hospodářským embargům vůči komunistickému bloku je nebylo možné importovat. Vynalézavost československých inženýrů se tak stala jejich největší silou.

Přestože projekt trval mnohem déle než se plánovalo – především kvůli nedostatku součástek a finančních prostředků – byl SAPO nakonec dokončen a do provozu uveden koncem roku 1957. Pracoval do února 1960, kdy došlo k požáru v reléové části stroje. Ačkoli požár poškodil jen 2% zařízení, vzhledem ke konstrukční zastaralosti a nedostupnosti náhradních dílů již nebyl opraven.

Přesto SAPO zůstává v dějinách československé vědy symbolem – důkazem, že i pod železnou oponou, v izolaci od Západu, mohla československá věda dosáhnout světové úrovně a přijít s průkopnickými řešeními.

Počítačový průmysl se poté dál systematičtěji rozvíjel skrze systém centrálního plánování. V roce 1965 byl založeny Závody přístrojů a automatizace (ZPA) jakožto výrobně hospodářská jednotka, která měla řídit výrobu výpočetní techniky v ČSSR. ZPA se skládaly z jedenácti výrobních podniků, v nichž na konci sedmdesátých let v nich pracovalo téměř 35 tisíc zaměstnanců. K jeho podnikům patřily ZPA Čakovice, ZPA Trutnov, ZPA Košíře a dalších. ZPA se stal největším domácím producentem výpočetní techniky až do roku 1989.

Vědecko-technická revoluce: Program P-15

Zlomovým bodem pro československou robotiku byl rok 1970, kdy vláda Československé socialistické republiky schválila program státní technické politiky P-15 s podtitulem „Rozvoj strojírenských výrobních procesů". Tento program byl součástí širší iniciativy, kterou režim nazýval „vědecko-technickou revolucí" – pokusem o modernizaci československého hospodářství pomocí automatizace a robotizace.

Program P-15 byl rozdělen na 18 dílčích programů zaměřených na komplexní výrobní systémy, manipulaci, robotizaci a organizaci. V polovině sedmdesátých let bylo jasné, že robotika není vědeckou fantasy, ale praktickou potřebou průmyslu. V západních zemích se průmyslové roboty již nasazovaly v automobilovém průmyslu – Spojené státy měly Unimate a Versatran, Japonsko rychle napodobovalo.

Československo si mohlo dovolit jen koupit několik robotů ze Západu. Do roku 1974 byly zakoupeny dva roboty VERSATRAN – jeden pro AZNP Mladá Boleslav k obsluze vstřikovacího lisu, druhý pro Vysokou školu technickou v Košicích k výzkumným účelům. V témž roce zakoupil VUKOV (Výskumný ústav kovopriemyslu) v Prešově švédský robot MHU SENIOR. Tyto roboty posloužily jako vzor a inspirace pro československé konstruktéry.

Československé roboty: QJN 020 a PR 16-P

Robot QJN 020: Český pokus o automatizaci

Prvním průmyslovým robotem ryze československé výroby byl robot QJN 020. Vývoj tohoto robotu začal v roce 1971 v rámci specifického dílčího programu P-15-124-010-02-04 nazvaného „Kovací linky pro zápustkové kování". Na jeho vývoji se podílely tři instituce: Výzkumný ústav tvářecích strojů a technologie tváření v Brně (VÚTS), Výzkumný ústav strojírenské technologie a ekonomiky (VÚSTE) v Praze a Moravské elektrotechnické závody (MEZ) v Brně.

QJN 020 byl určen primárně k automatizaci těžké práce lisařů a kovářů – měl obsluhovati kování lisy a zbavit lidi fyzicky náročné, opakující se pohyby v obtížném pracovním prostředí plném tepla a výparů. Robot měl elektrické pohony, což bylo v polovině sedmdesátých let netypické – 51% instalovaných robotů mělo hydrauliku, 39% pneumatiku a jen 10% elektřinu. Elektrické pohony činily QJN 020 přesnějším, s přesností ±0,3 milimetru.

Mechanická konstrukce robotu byla inspirována zahraničním VERSATRANEM. Manipulátor sestával z otočného centrálního sloupu, vertikálně pohyblivého nositele a horizontálně posuvného ramene zakončeného otočnou hlavicí s uchopovacími čelistmi. Řídící systém robotu byl v mnohém překvapivě pokročilý – míval mechanický programovací systém s potenciometry a programovacím bubnem s vačkami, ale byl připojen i mikropočítač Intel SBC 80-20. Program se naprogramovával vložením diodových kolíčků do diodové matice a nastavením potenciometrů.

Robot byl skutečně nasazen ve výrobě v roce 1974. Ve Šmeralových závodech v Brně se stal součástí kovací linky s lisem LZK 4000 a manipuloval se zápatkami pro zápustkové kování. V laboratorních testech vykazoval nosnost 40 kilogramů, ačkoli byl projektován na 20 kilogramů. Celkem byly vyrobeny jen tři kusy robotu QJN 020, které byly nasazeny v Bestě Domažlice a Povážských strojírnách.

PR 16-P: Slovenský úspěch

Zatímco Češi pracovaly na QJN 020, Slovensko mělo svůj projekt. Na přelomu let 1969-1970 vznikl ve Vysoké škole technické v Košicích Výskumný ústav kovopriemyslu VUKOV v Prešově. Brzy po založení získal ústav resortní finanční podporu na vývoj průmyslové robotiky. Mladí inženýři, mezi nimiž významný podíl měl Ing. Milan Plášek, se pustili do tvorby prvního československého robotu.

Nejprve postavili v roce 1973 malý model robotu pojmenovaný MIRKO, kterému si nechali podat patent. Na zkušenostech z MIRKA pak natavili úlohu P-15-124-062 „Řada stavebnicových průmyslových robotů a manipulátorů". Řídícím pracovníkem byl Ing. Čop, vedoucím úkolu Ing. Pollák, a vedoucím dílčí úlohy Ing. Plášek.

Prototyp robotu PR 16-P byl postaven v roce 1976. Plášek a jeho tým se nechali inspirovat švédským robotem MHU SENIOR od firmy Elektrolux, kterého VUKOV zakoupil. MHU měl pneumatické pohony, a slovenští inženýři měli s pneumatikou značné zkušenosti. Na přelomu sedmdesátých let to nebyla chyba – téměř polovina všech průmyslových robotů na světě měla pneumatiku.

PR 16-P byl od počátku koncipován modulárně – jednotlivé kinematické komponenty manipulátoru měly být stavebnicí, kterou by bylo možné modifikovat podle potřeb uživatele. Jeho konstrukce byla patentována. Manipulátor se skládal z mohutné základny (252 kilogramů), vertikální jednotky, rotační jednotky, horizontální jednotky a zápěstí s chapadlem. Pracoval přímo v cylindrických souřadnicích, podobně jako QJN 020.

Zajímavostí byla složitá soustava narážek a aretačních mechanismů, která umožňovala programovat jednotlivé polohy bez nutnosti paměti nebo elektroniky. Vertikální jednotka mohla obsloužit 7 poloh v rozsahu 0,5 metru s přesností ±0,2 milimetru. Horizontální jednotka mohla najet do 8 poloh. Rotační jednotka měla 8 programovatelných poloh s minimálním pootočením 20 stupňů. Všechno bylo kontrolováno pneumatickými prvky a bezkontaktními snímači.

Řídícím systémem robotu PR 16-P byl programovatelný automat NS 910, jehož vývoj zahájila Tesla Kolín v roce 1975 na žádost VUKOV. Do výroby šel NS 910 v roce 1977. Jednalo se o modulární počítač s RAM pamětí na tenkých magnetických vrstvách, která uchovávala programy i při výpadku napájení. Obsluha robotu se prováděla pomocí programovacího přístroje NS 911 v sadě nazývané RS-2. Systém NS 910 obsahoval 1024 šestnáctibitových slov paměti a obsloužil 32 vstupních a 32 výstupních signálů.

Protože československá součástková základna nestačila, použila VUKOV zahraniční komponenty – válce od švédské firmy Mecman, pneumatické motory od Atlas Copco, a pneumatické prvky od rakouské Festo. Postupem času se některé komponenty nahrazovaly domácími výrobky, které musely být speciálně vyvinuty. Designové řešení robotu pochází od akademického sochaře Mikuláše Sladkovského.

PR 16-P byl poprvé představen veřejnosti na první československé výstavě ROBOT v Brně v roce 1978. Dosáhli úspěchu – do roku 1985 jich bylo vyrobeno více než 80 kusů. Bylo to první sériově vyráběné československé průmyslové roboty.

Jedno z prvních nasazení se stalo mezníkem. V lednu 1978 byl PR 16-P s výrobním číslem 001 nasazen v AZNP Mladá Boleslav, kde obsluhovali stroj na tlakové lití víka převodovky pro automobil Š 105/120. To byl začátek. Postupem času se roboty PR 16-P používaly v desítkách závodů a staly se standardem československé průmyslové automatizace.

Překážky: Ideologie, komponenty, lidé

Nebylo to vůbec jednoduché. Československá robotika se potýkala s třemi hlavními problémy.

První byl technologický – nedostupnost součástek. Embargo Západu znemožňovalo importu moderních komponent. Československé průmyslníci si tak museli poradit sami. Proto se QJN 020 stavěl s elektrickými pohony namísto hydrauliky – elektřinu se dalo vyrobit domácí. PR 16-P se naopak stavěl na pneumatice, protože Československo mělo tradici výroby pneumatických zařízení.

Druhá překážka byla manažerská a organizační. Továrny nebyly projektovány s ohledem na robotizaci. Nedodržovala se technologická kázeň. Dělníci se obávali ztráty práce a psali časopisy protestací. Některé se dokonce obávali této nové technologie tak, že ji úmyslně ničily.

Třetí překážka byla ideologická – byť už ne tak silná jako v padesátých letech. Ačkoli režim oficiálně podporoval robotizaci coby součást „vědecko-technické revoluce", panovala na všech úrovních byrokracie značná setrvačnost a obavy z neznámého.

Přesto se Československo nevzdalo. Výzkumné ústavy a průmyslové podniky tvrdě pracovaly na tom, aby Československo umělo konkurovat technologicky a nebýti v moderní průmyslové automatizaci na chvostu světa.

Odkaz

Do roku 1989, kdy padl komunistický režim v sametové revoluci, byly československé roboty PR 16-P nasazeny v řadě průmyslů. V sedmdesátých a osmdesátých letech se Československo stalo jednou z mála zemí v komunistickém bloku, která měla vlastní projekty průmyslových robotů a která je i vyvážela.

Robotika v komunistickém Československu není příběhem o neúspěchu. Je to příběh o tom, jak se věda a technika prosazují i v podmínkách omezení, izolace a byrokracie. Je to také příběh o lidech – jako Antonín Svoboda, Milan Plášek, František Šolc a desítkách dalších konstruktérů, vědců a inženýrů, kteří věřili v sílu lidské myšlenky a technické vynalézavosti.

Sametová revoluce v listopadu 1989 nezastavila československou robotiku. Naopak – po pádu komunistické režimu se Československo (a později Česká republika a Slovensko) staly jednou z velmocí v oblasti průmyslové robotiky v Evropě. To, co bylo budováno v těžkých podmínkách komunistické izolace, se stalo základem pro budoucí úspěch.

Když si připomínáme 36. výročí sametové revoluce, měli bychom si pamatovat, že jejím předpokladem nebyla jen touha po svobodě a demokracii, ale také vědci a inženýři, kteří pracovali na tom, aby Československo nebylo jen satelitem Moskvy, nýbrž moderní průmyslovou mocností. Příběh československé robotiky je příběhem jejich úspěchu.