Sachverhalt:
A.
Die Staatsanwaltschaft Winterthur/Unterland warf X._ Tierquälerei vor, weil er mit einem Stechbeitel (Samurai-Schwert) seinen Hund mit einer "während Minuten andauernden Gewalteinwirkung" tötete, "da er sich des Hundes entledigen wollte, respektive da er in diesem 'das Böse' / 'den Teufel' sah, respektive ihm durch imaginäre Stimmen dieses Verhalten befohlen worden war".
Sie warf ihm zudem vor, als sich zwei Psychiatriepfleger zu ihm in das Abschirmzimmer auf der Akutstation begeben hatten, habe er unvermittelt zu einem Faustschlag ausgeholt, aber verfehlt, und als sie fluchtartig das Zimmer verliessen, sei er ihnen nachgerannt, habe das Türeschliessen verhindert und nach ihnen geschlagen. Mit Hilfe weiterer Mitarbeiter sei es gelungen, ihn zu überwältigen.
B.
Das Bezirksgericht Bülach stellte am 16. August 2017 fest, X._ habe die Straftatbestände der Tierquälerei (<ref-law>) sowie der Gewalt und Drohung gegen Behörden und Beamte (<ref-law>) erfüllt. Er sei wegen nicht selbst verschuldeter Schuldunfähigkeit i.S.v. <ref-law> nicht strafbar.
Das Bezirksgericht ordnete eine ambulante Massnahme mit maximal zweimonatiger stationärer Einleitung gemäss Art. 63 Abs. 1 und 3 StGB mit Wirkung ab 16. August 2017 an.
Die Staatsanwaltschaft Winterthur/Unterland erhob Beschwerde und beantragte eine stationäre Massnahme gemäss <ref-law>.
C.
Das Obergericht des Kantons Zürich ordnete am 1. Dezember 2017 die stationäre Massnahme (<ref-law>) an. X._ befindet sich seit dem 4. Mai 2017 im vorzeitigen Massnahmevollzug.
D.
X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, es sei eine ambulante Massnahme im Sinne von <ref-law> mit höchstens zweimonatiger stationärer Einleitung anzuordnen, eventualiter sei das Urteil aufzuheben und die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Es sei die unentgeltliche Rechtspflege (und Verbeiständung) zu gewähren.

Erwägungen:
1.
1.1. Der Beschwerdeführer rügt <ref-law> als verletzt. Der Eingriff in die Persönlichkeitsrechte dürfe im Hinblick auf die Wahrscheinlichkeit und Schwere weiterer Straftaten nicht unverhältnismässig sein (<ref-ruling> E. 3.4.4 S. 131 f.).
Der Gutachter gehe von einem relevant erhöhten Risiko aus, in Zukunft in psychotisch verändertem Zustand erneut Straftaten zu begehen. Dies bedeute schlicht, dass er psychotische Zustände in Zukunft vermeiden müsse. Da schätzungsweise nur rund ein Drittel der an Schizophrenie erkrankten Personen je vollständig geheilt würden, beträfe diese Erkenntnis den überwiegenden Teil der Betroffenen.
Die Erstinstanz habe zur Wiederholungsgefahr erwogen, dass eher mit Taten im Bereich von Tätlichkeiten oder leichten Körperverletzungen zu rechnen sei. Die Vorinstanz interpretiere das Gutachten aber dahingehend, dass Taten möglich seien, welche "jeglicher Rationalität entbehren und deren Schwere nicht absehbar" sei.
Er habe vor der Vorinstanz den Hund als seinen "absoluten Lebensfreund" bezeichnet. Allerdings habe er in der ersten polizeilichen Einvernahme gesagt, der Hund sei ihm im Wege gewesen ("Ich war an den Hund gebunden, ich war nicht flexibel"). Vor der Staatsanwaltschaft habe er ausgesagt, im Hund sei der Teufel gewesen, und vor dem Zwangsmassnahmengericht, der Hund sei das Böse gewesen. Die Vorinstanz habe auf die erste Aussage abgestellt und die anderen Aussagen willkürlich missachtet. Sie schliesse vom "absoluten Lebensfreund" zu "ehemaliger Ehefrau" oder "geliebtes Kind". Der Schluss sei nicht zulässig. Er habe ein Tier getötet. Ausser seinem Ausbruchsversuch im Krankenhaushemd habe er niemals die geringste Gewalt gegen Menschen gerichtet. Ein Psychiatriepfleger habe vor der Staatsanwaltschaft erklärt, "[...] ich denke eher nicht, dass er wusste, wo er sich befindet und was wir taten". Auch in dieser Situation des psychotisch veränderten Zustands sei die äusserste Gewalt, zu welcher er bereit gewesen sei, eine Tätlichkeit gewesen. Der erfahrene Gutachter habe keine so hohe Tatschwere festgehalten, wie die Vorinstanz erkennen wolle.
Die Vorinstanz habe auf die beantragte Befragung des Gutachters verzichtet. Da aber dessen Aussagen genügend klar seien und eine stationäre Massnahme nicht zuliessen, sei die Sache nicht zurückzuweisen. Es seien eine Verletzung von <ref-law> festzustellen und eine ambulante Massnahme gemäss <ref-law> mit höchstens zweimonatiger stationärer Einleitung anzuordnen.
1.2. Die Vorinstanz führt aus, im Gutachten vom 24. April 2017 werde eine Psychose aus dem schizophrenen Formenkreis (ICD-10: F25) sowie ein Abhängigkeitssyndrom mit multiplem Substanzmissbrauch (ICD-10: F19) festgestellt. Die Psychose habe im Tatzeitpunkt das Handeln umfassend besetzt, womit ein Behandlungsbedürfnis im Sinne von <ref-law> zu bejahen sei. Die Legalprognose sei nicht günstig. Ein erneuter Konsum von psychischen Stimulantien und anderen Drogen gehe mit einem erhöhten Risiko einher, wieder psychotisch zu erkranken. Dann gehe von ihm ein relevant erhöhtes Risiko aus. Aggressive Taten innerhalb des sozialen Nahbereichs seien wahrscheinlich. Schizophrene Psychosen seien nach dem Gutachter gut behandelbar. Es sei aber schwer vorstellbar, dass eine ambulante Behandlung gleiche rückfallpräventive Wirkung entfalten könne wie eine stationäre.
Der Verlaufsbericht der PUK Rheinau vom 9. August 2017 bestätige die Einschätzung des Gutachters. Der Behandlungsverlauf sei positiv zu werten, der Beschwerdeführer habe sich durchgängig kooperativ und adhärent erwiesen und habe nie aggressive Verhaltensweisen gezeigt. Doch lägen nicht unerhebliche, behandlungsrelevante Defizite vor und müsse von einer eher begrenzten Krankheitseinsicht ausgegangen werden. Man sehe momentan keine Alternative zu einer stationären Massnahme.
Nach dem aktuellsten Verlaufsbericht der PUK Rheinau vom 22. November 2017 sei der Beschwerdeführer auf die geschlossene Massnahmestation versetzt worden, nachdem ein deutlicher Rückgang der psychopathologischen Symptomatik und eine gewisse Zustandsstabilisierung habe erreicht werden können. Ab Anfang September 2017 habe er an externen Therapieangeboten teilgenommen. Ab Anfang Oktober 2017 sei eine zunehmende psychopathologische Auffälligkeit mit Entwicklung zu einer deutlich paranoid-halluzinatorischen Symptomatik unübersehbar gewesen, so dass er am 10. Oktober 2017 auf die Sicherheitsstation habe verlegt werden müssen. Insgesamt habe er in der Folge einerseits bei deutlich misstrauischer Grundhaltung sehr angespannt und gereizt-erregt wirken können und andererseits einen niedergeschlagen-resignierten und leidenden Eindruck vermittelt. Dabei sei deutlich geworden, dass er keine wirkliche Krankheitseinsicht bzw. kein realistisches Problemverständnis besitze. Es zeige sich in der Gesamtbetrachtung ein phasischer Krankheitsverlauf und eine nicht ausreichend beständige Stabilität bei unzureichenden Coping-Strategien und geringer psychophysischer Belastbarkeit und Leistungsfähigkeit mit Dekompositionstendenz (Urteil S. 8-13).
Die Vorinstanz schliesst, dem Behandlungsbedürfnis könne einzig mit einer stationären Massnahme genügend Rechnung getragen werden. Die Erfolgsaussichten einer ambulanten Massnahme müssten als geringfügig erscheinen. Der Beschwerdeführer stehe einem stationären Setting allerdings grundsätzlich ablehnend gegenüber. Der Einschätzung, dass eine ernsthafte Erkrankung vorliege, könne er nicht zustimmen. Er müsse Tag und Nacht mit der Angst leben, dass er maximal fünf Jahre dort bleiben müsse. Seine Bereitschaft, sich einer Suchtbehandlung zu unterziehen, lasse erkennen, dass er sich grundsätzlich für eine Therapie motivieren könne. In einem ersten Schritt ginge es darum, an der Problemeinsicht und Therapiewilligkeit betreffend die Psychose zu arbeiten. Die Rückfallgefahr gehe auf die gut behandelbare psychotische Erkrankung zurück.
Die Erstinstanz habe zwar erwogen, dass mit Taten im Bereich von Tätlichkeiten oder leichten Körperverletzungen zu rechnen sei. Im psychotisch verändertem Zustand seien aber aggressive Taten im sozialen Nahbereich wahrscheinlich. In diesem Zusammenhang sei namentlich die Tötung des Hundes zu sehen. Dabei sei die mehrjährige persönliche Beziehung zu dem Tier bedeutsam. Nach dem Gutachten sei in kriminalprognostischer Einschätzung zu besorgen, dass ein "treuer Freund zu Tode kam, die Tötung also im sozialen Nahraum stattfand und die prinzipiell positive Besetzung durch den Einfluss der Psychose zunichte gemacht" wurde (Urteil S. 17). Weiter sei darauf hinzuweisen, dass der Beschwerdeführer eine Affinität zu Waffen aufweise. Er sei wegen mehrfacher Vergehen gegen das Waffengesetz vorbestraft und sei vom 28. April bis 4. Mai 2016 fürsorgerisch untergebracht worden, nachdem er sich unter dem Eindruck einer vermeintlichen Einbruchsituation mit einer geladenen Pistole in der Nachbarschaft bewegt hatte, wobei er bei der Einweisung ausschweifend, wirr in der Kommunikation und paranoid-psychotisch angemutet habe (Urteil S. 17). Es zeige sich, dass er unter dem Einfluss der Psychose auch zu Taten fähig sei, welche jeglicher Rationalität entbehrten und deren Schwere nicht absehbar sei. Nach dem Gutachten gehe es deshalb darum, dass er sein zukünftiges Leben daran ausrichten müsse, ungünstige Einflussfaktoren auf seine Veranlagung zur psychischen Dekompensation zu vermeiden oder deren Einfluss zu verringern. Es gelte einen adäquaten Umgang mit Stressoren zu finden, so mit der ungeklärten Wohnungs- und Arbeitssituation sowie den zu erwartenden Auseinandersetzungen betreffend das Sorge- und Besuchsrecht für seinen Sohn (Urteil S. 18). Entgegen den Vorbringen der Verteidigung (Urteil S. 19) könne keine wesentliche Relativierung der Stressoren festgestellt werden. Es handle sich dabei weitestgehend um blosse Zusicherungen (Urteil S. 20). Ein weiterer relevanter Faktor sei ein möglicher Drogenkonsum. Der Gutachter gehe von einer bestehenden Neigung zu Konsum von Suchtstoffen aus und damit von einem erhöhten Risiko, wieder psychotisch zu erkranken (Urteil S. 21 f.). In einem ambulanten Setting hinge es von der Verantwortung des Beschwerdeführers ab, sich selbständig in ärztliche Behandlung zu begeben. Das sei fraglich.
Es sei von einem relevant erhöhten Risiko auszugehen. Das Spektrum der Intensität der möglichen aggressiven Handlungen sei dabei offen, da er unter dem Einfluss der Psychose völlig unberechenbar werde. Hinzu komme die Neigung zum Suchtmittelkonsum, die begrenzte Krankheitseinsicht und das Fehlen von Coping-Strategien bezüglich der bestehenden Stressoren. Dem Interesse, der vom Beschwerdeführer ausgehenden Gefahr mit einer geeigneten Massnahme zu begegnen, sei grösseres Gewicht beizumessen, als der Schwere des mit der Massnahme verbundenen Eingriffs. Die Verhältnismässigkeit im engeren Sinne für die Anordnung einer stationären Massnahme gemäss <ref-law> sei damit gewahrt. In seinem Interesse sei der Vollzug möglichst beförderlich voranzutreiben, so dass bald wieder eine Lockerung des Massnahmenvollzugs erfolgen könne (Urteil S. 24).
1.3. Die Vorinstanz beurteilt die Rechtsfrage zutreffend vorwiegend unter dem Gesichtspunkt der Verhältnismässigkeit (<ref-law>). Das ist auch hier die Rechtsfrage.
Der nach dem erstinstanzlichen Urteil erstattete Verlaufsbericht der PUK Rheinau vom 22. November 2017 bestätigt zunächst die positive Entwicklung des Verlaufsberichts vom 9. August 2017, musste aber für die Folgezeit eine zunehmende psychopathologische Auffälligkeit mit Entwicklung zu einer deutlich paranoid-halluzinatorischen Symptomatik sowie die Verlegung in die Sicherheitsstation feststellen. Es zeigte sich ein phasischer Krankheitsverlauf mit nicht ausreichender Stabilität bei unzureichenden Coping-Strategien und geringer psychophysischer Belastbarkeit und Leistungsfähigkeit mit Dekompositionstendenz.
Der Beschwerdeführer schwebt in der Gefahr psychotischer Schübe, denen er auf sich gestellt hilflos ausgeliefert wäre, wobei aufgrund der deutlich paranoid-halluzinatorischen Symptomatik mit kriminellem Verhalten zu rechnen ist. Die äusserst brutale Tötung seines "absoluten Lebensfreundes" (oben E. 1.1) zeigt, dass er über keine Selbstkontrolle oder Coping-Strategien bei psychotischen Schüben verfügt. Bei dieser Beurteilung fällt sein multipler Substanzkonsum besonders ins Gewicht, mit dessen Wiederaufnahme beim Auftreten von Stressoren unbedingt gerechnet werden muss. Diesem Krankheitsbild lässt sich nicht mit dem vom Beschwerdeführer persönlich gewünschten ambulanten Setting begegnen. Ein strukturierter sozialer Empfangsraum ist nicht vorhanden, was der Beschwerdeführer vor Bundesgericht nicht mehr bestreitet (Art. 42 Abs. 2 i.V.m. <ref-law>). Wie die Vorinstanz annimmt, ginge es in einem ersten Schritt darum, an der Problemeinsicht und Therapiewilligkeit betreffend die Psychose zu arbeiten. Die Rückfallgefahr geht auf eine behandelbare Erkrankung zurück.
1.4. Die Gefährlichkeit psychisch kranker Menschen ist nicht signifikant höher als die der seelisch gesunden. Schwere Straftaten werden von psychisch Kranken nicht häufiger und nicht weniger häufig begangen als von anderen Mitgliedern der entsprechenden Bevölkerungsgruppen. Psychische Krankheit ist somit für sich allein betrachtet nicht mit Gefährlichkeit gleichzusetzen. Gefährlichkeit ist kein medizinischer Befund, sondern das Ergebnis einer umfassenden Risikoanalyse (Botschaft zur Änderung des Schweizerischen Strafgesetzbuches [...] vom 21. September 1998, BBl 1999 II 1979, S. 2095). Psychische Störungen mit der Gefahr von Gewalttaten zu assoziieren, sei ein altes Klischee ("un cliché très ancien"), das nicht der Realität entspreche (FONJALLAZ/GASSER, Le juge et le psychiatre, 2017, S. 148).
Insbesondere genügt nicht jede psychische Anomalie oder "mässig" ausgeprägte psychische Störung (Urteil 6B_1201/2016 vom 28. März 2017 E. 2.5). Die Massnahme sollte bei erwarteten Delikten geringen Gewichts nicht in Betracht kommen (Urteil 6B_596/2011 vom 19. Januar 2012 E. 3.2.4). Als Anlasstaten scheiden von vornherein nur Übertretungen aus. Bei leichtem Verschulden/geringem Taterfolg sowie entsprechend geringfügigen Strafen ist aber nach dem Verhältnismässigkeitsprinzip trotz Therapiebedürfnisses von der stationären Massnahme im Prinzip abzusehen (Urteil 6B_596/2011 vom 19. Januar 2012 E. 3.2.5). Auch dass der Beschwerdeführer psychisch schwer gestört im Sinne von Art. 59 Abs. 1 Ingress StGB ist, führt an sich noch nicht zur Anordnung der stationären Massnahme.
Auch ausserstrafrechtliche Vorkehrungen, die direkt oder indirekt der Verbrechensverhütung dienen, sind bei der Anordnung von strafrechtlichen Massnahmen nicht gänzlich bedeutungslos. Das Strafrecht bleibt aber autonom und geht den zivilrechtlichen Massnahmen vor. Die strafrechtliche Massnahme ist anzuordnen, wenn ihre Voraussetzungen erfüllt sind. Das Strafgericht ist nicht befugt, davon abzusehen, nur weil es eine Massnahme zivilrechtlicher oder administrativer Natur für geeigneter oder zweckmässiger hält. Es hat allerdings nicht unberücksichtigt zu lassen, wenn solche Massnahmen bereits durchgeführt werden. Solche Vorkehren sind insofern zu beachten, als die Gefahr, der die strafrechtliche Massnahme entgegenwirken soll, unter Umständen nicht mehr im gleichen Ausmass besteht (Urteil 6B_596/2011 vom 19. Januar 2012 E. 3.4.2).
1.5. Diese Überlegungen führen zu keiner anderen Entscheidung. Die Strafbehörden können die Risikoverantwortung bei strafrechtlicher Massnahmenindikation nicht den Zivilbehörden überbinden. Die institutionelle Zuständigkeit ist gesetzlich bestimmt (Urteil 6B_300/2017 vom 6. Juni 2017 E. 5.4.3). Die Impulse dieser Erkrankung, insbesondere die paranoid-halluzinatorische Symptomatik, kann unbehandelt ohne weiteres kriminogen wirken und schwere Straftaten gegen Leib und Leben nach sich ziehen (vgl. ceteris paribus Urteil 6B_1201/2016 vom 28. März 2017 E. 2.5 betreffend "akustische Halluzinationen").
Die stationäre therapeutische Massnahmenindikation ist mit der Vorinstanz zu bejahen. Der Beschwerdeführer leidet an einer behandelbaren schweren psychischen Störung, mit der die Anlasstaten, die als Vergehen eingestuft sind, in Zusammenhang stehen, und es ist zu erwarten, dass sich mit der Massnahme der Gefahr weiterer Taten in der Normdauer begegnen lässt (Art. 59 Abs. 1 und 4 Satz 1 StGB).
2.
Die Beschwerde ist abzuweisen, und das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege gutzuheissen. Es sind keine Kosten zu erheben. Der Anwalt ist aus der Bundesgerichtskasse zu entschädigen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen.
2.
Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird gutgeheissen.
3.
Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
4.
Rechtsanwalt Reto Wildeisen wird aus der Bundesgerichtskasse mit Fr. 3'000.-- entschädigt.
5.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 8. März 2018
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Denys
Der Gerichtsschreiber: Briw