При решении практических задач достаточно часто возникает необходимость одновременного применения методов машинного обучения и методов исследования операций. Так как в основе многих методов решения задач в обеих областях может лежать кардинально отличающийся друг от друга математический инструментарий, то объединить их результаты в единый комплекс будет невозможно. В данной статье приведен взаимосвязанный комплекс моделей машинного обучения и исследования операций, предназначенный для подбора параметров технологических процессов. Все модели имеют общую математическую базу на основе задач математического программирования с частично-целочисленными переменными. Модели апробированы на реальной задаче подбора состава шихты и технологических параметров агломерационного производства и приведены в последовательности их возникновения в процессе решения задач, поставленных заказчиками исследования. На первом этапе на основе задач регрессии осуществляется отбор наиболее информативных входных признаков и степень их влияния на выходные признаки. Затем на основе задач классификации определяются рекомендуемые области управляемых входных признаков для получения высококачественной продукции. Данные области могут иметь достаточно сложную геометрическую конфигурацию в пространстве признаков. Далее в рамках задач исследования операций определяется эталонные состояния процесса, к которым необходимо стремиться. На заключительном этапе результаты всех предыдущих исследований объединяются в единую оптимизационную модель, которая может быть дополнена результатами исследований, полученных из других источников информации, если эти результаты можно представить как линейные ограничения. Предлагаемый подход к оптимизации параметров может быть использован в различных предметных областях.