Dnešnej mladej generácii, odchovanej na smartfónoch, už analógový počítač vôbec nič nehovorí. Avšak v minulosti (60. a 70. roky) sa viedli vážne vedecké diskusie o tom, ktorý z vtedy existujúcich počítačov je vhodnejší na aké úlohy a prečo.
Analógový počítač je vlastne fyzikálny systém, modelujúci prírodné deje, teda ich analógiu. Ešte pred druhou svetovou vojnou sa používali mechanické analógové počítače, skladajúce sa z koliesok, diskov a hriadeľov, a to najmä pre výpočet parametrov streľby na bojových lodiach. Počas druhej svetovej vojny vymysleli prvý elektrónkový operačný zosilňovač, z ktorého sa dali poskladať jednoduché analógové počítače, ktoré sa používali v USA v spojení s radarom na riadenie streľby. Nemci používali analógové zariadenia pri vývoji povestných zbraní V1 a najmä V2. Po druhej svetovej vojne sa začali stavať výskumné elektrónkové analógové počítače, z ktorých je v SAV známy počítač Ivan z roku 1958 konštruktéra akad. Plandera [1]. Tieto počítače boli veľké, rozmerné, spotrebovali veľké množstvo elektrickej energie a boli málo spoľahlivé. Vytvorili však základ pre pochopenie spôsobu programovania a na riešenie množstva úloh, na ktoré vtedajšie číslicové počítače svojou rýchlosťou a kapacitou pamäte nestačili a výpočtom na papieri sa nedali dosť dobre riešiť. Používali sa aj v kozmickom a leteckom výskume ako simulátory.
Až s príchodom prvých tranzistorov a zvládnutím výroby spoľahlivých tranzistorových operačných zosilňovačov a ďalších presných komponentov sa rozbehla priemyselná výroba tranzistorových analógových počítačov. Vo vtedajšom Československu sa výskumom zapodieval Výskumný ústav matematických strojov (VUMS) v Prahe a výrobou podnik ZPA Čakovice, Praha. Ten postupne v 60. rokov uviedol na trh rad analógových počítačov MEDA T (malý elektronický diferenciálny analyzátor – tranzistorový). Počítače MEDA T, typov 40 TA, 40 TB, 41 TC, 43 HA boli spoľahlivé, zmestili sa na pracovný stôl a pomocou káblikov a zásuvných modulov sa dal na nich riešiť celý rad úloh.
Obr.1: Analógový počítač MEDA 41TC (1965)
Čo je analógový počítač (AP)? Je to technický systém (mechanický, elektrický), ktorý realizuje matematické vzťahy medzi časovo premennými veličinami. Ukazuje sa totiž, že mnohé technické a prírodné deje sú opísané rovnakými diferenciálnymi rovnicami, a preto možno matematické riešenie „na papieri“ preniesť do mechanického alebo elektrického zariadenia. Preto sa AP nazývali aj diferencialne analyzátory. Jedinou otázkou je presnosť takéhoto riešenia (0,1 – 0,2 percenta), ktorá však v danej dobe bola pre praktické účely vyhovujúca. Okrem toho AP umožnil zrýchliť alebo spomaliť modelovanie reálnych fyzikálnych dejov, čo sa v programátorskej praxi často využívalo. AP je tzv. paralelný počítací stroj, t.j. v celej počítačovej sieti je riešenie matematického problému a všetky premenné okamžite a bez časového skreslenia k dispozícii.
Ako výstupné zariadenie sa používal pomalobežný osciloskop alebo súradnicový zapisovač.
Obr.2: Analógový súradnicový zapisovač BAK5T
Obr.3: Pomalobežný osciloskop TESLA OPD 280U (1970) ako výstupná jednotka analógového počítača
Treba si totiž uvedomiť že prvé číslicové “elektronické počítače”, ako sa im vtedy hovorilo, boli z dnešného pohľadu veľmi pomalé – vykonávali okolo 10 000 operácií za sekundu, ich taktovacia frekvencia neprekročila 1 MHz a mali obmedzenú pamäť okolo 4 maximálne 8 kslov veľkosti 8- 48 bit s pevnou rádovou čiarkou.
Programovali sa v strojovom kóde, alebo v assembleri. Vtedajší programátori museli byť veľmi erudovaní, aby sa vyrovnali s obmedzenou pamäťou a komplikovaným spôsobom programovania. Ďalej, väčšina číslicových počítačov sú tzv. sériové počítacie stroje, t.j. v jednom okamihu vykonávajú len jednu inštrukciu. Program sa skladá z množstva inštrukcií, a teda od začiatku výpočtu do konca výpočtu prebehne určitý čas, ktorý bol v tej dobe pri tzv. dynamických úlohách limitujúci. Vzhľadom na vtedajšiu malú počítaciu rýchlosť sa nehodili na modelovanie alebo riadenie dynamických sústav v „reálnom čase“, t.j. tak rýchlo, ako prebiehali dynamické deje v skutočnosti. V tom období sa viedli vážne diskusie, aký typ počítača (číslicový, analógový, hybridný) je vhodný na aké dynamické úlohy [2].
Teraz sa vráťme k histórii používania AP na bývalom Ústave mechaniky strojov SAV. Ústav mechaniky strojov SAV vznikol v roku 1966 po rozdelení Ústavu strojov a automatizácie SAV na dva ústavy – Ústav technickej kybernetiky SAV a Ústav mechaniky strojov SAV. Oba ústavy spoločne sídlili v novopostavenej budove v areáli SAV na Dúbravskej ceste. Prvý riaditeľ Ústavu strojov a automatizácie SAV a neskorší riaditeľ Ústavu mechaniky strojov SAV: akademik Ján Gonda, pôvodom letecký inžinier, mal veľký vzťah k výpočtovej technike. Na ústav kúpil jeden z prvých počítačov dostupných vo vtedajšom socialistickom bloku – počítač ZRA 1 z bývalej NDR, veľký francúzsky analógový počítač DJINN a neskôr AP3M z Tesly Pardubice [1, 3].
Ústav mechaniky strojov SAV sa od začiatku svojej existencie venoval výskumu zložitých mechanických sústav, a preto bolo prirodzené, že sa vybavil radom analógových počítačov, pomalobežných osciloskopov a súradnicových zapisovačov. Využívali sa najmä tranzistorové analógové počítače MEDA T, najprv typu TA a TB a neskôr repetičné počítače MEDA 41 TC a 43HA. Tie mali, okrem typických analógových jednotiek, ako sú sumátory, integrátory, potenciometre, aj štvorkvadrantové elektronické násobičky, komparátory, a najmä množstvo logických obvodov. Umožňovali podľa potreby riadiť priebeh výpočtu pomocou logických operácií.
Na Ústave mechaniky strojov SAV pôsobilo v 60. až 80. rokoch viac skupín, ktoré využívali AP:
- Skupina Ing. Vladimíra Oravského, CSc., v ktorej boli ešte Ing. Jozef Mudrik, CSc. a Ing. Ivan Ružička. Skupina riešila zložitý problém nerovnomernosti kľukového mechanizmu so zohľadnením suchého trenia. Okrem zjednodušeného analytického riešenia sa problém riešil aj na AP [4, 5].
- Skupina Experimentálnej mechaniky: Ing. Vladimír Giba, CSc. a Ing. Ján Hergott, CSc., ktorá sa zapodievala meraním nelineárnych mechanických sústav v laboratórnych podmienkach s použitím kombinácie meracích prístrojov a AP. V tom čase neboli u nás k dispozícii prístroje na tzv. frekvenčnú analýzu, a teda sa nahrádzali vhodnou počítačovou sieťou na AP. Dynamické charakteristiky skúmanej mechanickej sústavy sa vykresľovali na súradnicovom zapisovači a následne vyhodnocovali.
- Technicky úsek: Ing. Dušan Laciak, Dionýz Kratochvíla, Miloslav Dušík, v ktorom sa okrem iného konštruovali nizkofrekvenčné meracie prístroje na báze operačných jednotiek a modulov AP. Neskôr sa starali o inštaláciu a prevádzky hybridného počítača ADT 7000.
- Skupina Doc. Igora Balla, CSc., v ktorej sa riešila problematika tzv. aktívnych vibroizolačných sústav, pracujúcich na servoregulačnom princípe, budených úzkopásmovým náhodným signálom [6]. Neskôr sa o AP sa staral Ing. Juraj Stein, CSc., ktorý sa zo začiatku venoval vyhodnocovaniu signálov nahratých na magnetofónovej páske, a neskôr modeloval vlastnosti jednej aktívnej vibroizolačnej sústavy [7]. Ing. Stein riešil v rámci svojej kandidátskej dizertačnej práce meranie dynamickej sústavy budenej náhodným signálom z generátora GENAP, výrobku partnerského ústavu UTIA ČSAV, Praha [8]. Vyhodnocovanie bolo digitálne, pomocou analógovo-číslicových prevodníkov, postavených na AP MEDA 41 TC a špeciálnej číslicovej deličky, vyrobenej v rámci diplomovej práce [9][1].
Ďalej sa pod vedením doc. Ing. Igora Balla, CSc., riešila problematika elektro-hydraulickej aktívnej vibroizolačnej sústavy, a to tak teoreticky ako aj experimentálne s použitím dvojkanálového zaťažovacieho stroja EDYZ a AP [10, 11]
Neskôr sa prešlo na použitie stlačeného vzduchu ako pracovného média. Ing. Marián Gajarský v rámci svojej dizertačnej práce riešil teoreticky a modelovaním na AP elektro-pneumatickú aktívnu vibroizolačnú sústavu [12, 13]. Následne, po zadovážení elektropneumatických prevodníkov zo zahraničia a k tomu riadiacej elektroniky zo ZPA Krížik, Prešov sa intenzívne skúmala takáto sústava experimentálne na zaťažovacom stroji EDYZ. Riadiace obvody bol postavené na AP [14]. Až neskôr sa zhotovila riadiaca jednotka na báze bežných elektronických súčiastok. K predmetnej problematike existuje celý rad ústavných výskumných správ.
[1] Z tohto obdobia je fotografia na stene, prebratá z mienkotvorného denníka Pravda
Obr.4: Inžinier Juraj Stein pri programovaní zložitého modelu na dvoch analógových počítačoch
………………………………………………………………………………………………………….
[1] Kol.: 50 rokov kybernetiky, výpočtovej techniky……, Bratislava 2006.
[2] Kotva, M.: Automatizace 1978, Vol. 21, č. 4, str. 112.
[3] Gonda, J.: 20 rokov Ústavu mechaniky strojov SAV. Strojnícky časopis 1975, Roč. 26, č. 6, str. 593-594.
[4] Oravský, V., Ružička, I., Mudrik, J.: Vplyv strmosti charakteristiky motora na nerovnomernosť chodu kľukového mechanizmu. Strojnícky časopis 1975, Roč. 26, č. 6, str. 643-663.
[5] Oravský, V., Mudrik, J.: Príspevok k dynamike agregátov s asynchrónnym pohonom. Strojnícky časopis 1984, Roč. 35, č. 1-2, str. 158-163.
[6] Ballo, I., Hergott, J.: Analýza dynamických vlastností sústavy aktívnej izolácie kmitania. Strojnícky časopis 1974, Roč. 25, č. 6, str. 637-645.
[7] Stein, J., Ballo, I., Dalžuffo, J.: Investigation of model active vibration-isolating system on an analogue computer. 12. konferencia o dynamike strojov, Vysoké Tatry, apríl 1979.
[8] Stein, J.: Príspevok k metodike merania charakteristík elektrického signálu pomocou AP. (Kandidátska dizertačná práca). ÚMMS SAV, Bratislava 1979.
[9] Stein, J., Ballo, I.: Možnosti použitia sériovej číslicovej deličky „DEDEL”. Elektrotechnický časopis 1978, Roč. 29, č. 6, str. 450-455.
[10] Ballo I., Szuttor, N., Stein, J.: Experimentálny výskum dynamických vlastností pracoviska riadiča zemného stroja s aktívnou vibroizolačnou sústavou. Strojnícky časopis 1984, Roč. 35, č. 1-2, str. 7-16.
[11] Stein, G. J., Ballo, I.: Active vibration control system for the driver’s seat for off-road vehicles. Vehicle System Dynamics. Vol. 20, No. 2 (1991), p. 57-78.
12] Gajarský, M.: Niektoré vlastnosti elektropneumatického aktívneho vibroizolačného systému. Strojnícky časopis 1984, Roč. 35, č. 1-2, str. 51-66.
[13] Ballo, I. – Gajarský, M. – Stein, J.: Aktívna elektropneumatická vibroizolačná sústava pre sedadlo vodiča-operátora. In: Sixth International Conference on Theory of Machines and Mechanisms. Liberec: Technická univerzita, 1992, str. 11-16.
[14] Stein, G. J., Ballo, I.: Výsledky výskumu elektropneumatickej aktívnej vibroizolačnej sústavy. Strojnícky časopis, 1996, Roč. 47, č. 5, str. 281-299.
Bratislava, august 2017 Ing.Juraj Stein, CSc.