Hiện nay, các nhà máy lọc dầu trên thế giới đang vận hành trong điều kiện thị trường diễn biến hết s ức phức tạp, bao gồm sự biến động thất thường của giá dầu và các sản phẩm lọc dầu, thị trường vận chuy ển dầu thô và nhu cầu sản phẩm lọc hóa dầu của thị trường cũng như những yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm và tiêu chuẩn môi trường. Song song với sự phức tạp là mức độ linh hoạt khá lớn trong hoạt động của nhà máy lọc dầu. Ví dụ, một trong những sản phẩm phổ biến nhất của nhà máy lọc dầu là nhiên liệu cho động cơ, khách hàng không quan tâm nhiều đến sự phức tạp hay đơn giản của nhà máy lọc dầu, loại dầu thô nào được mua, công nghệ xử lý nào được lựa chọn, cấu tử pha trộn và phụ gia là gì. Khách hàng quan tâm chủ yếu đến động cơ của họ có hoạt động tốt khi sử dụng nhiên liệu đó hay không và giá tiền họ phải trả. Do đó, nhà máy có thể linh hoạt trong việc lựa chọn nguồn nguyên liệu, chế độ vận hành của nhà máy, miễn là sản phẩm đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng với giá h ợp lý. Như vậy, vận hành nhà máy lọc dầu cần đảm bảo cả hai yếu tố phức tạp và linh hoạt đ ể thỏa mãn yêu cầu của khách hàng và tạo ra lợi nhuận cho nhà máy. Điều này đòi hỏi sự tối ưu hoá nhiều phương diện trong hoạt động của nhà máy lọc dầu. Các mục tiêu cho việc tối ưu hóa ho ạt động của NMLD bao gồm:  Tối ưu hóa chi phí nhập dầu thô;  Tối ưu hóa việc pha trộn dầu thô để xử lý;  Tối ưu hóa những tiêu chuẩn kỹ thuật mà sản phẩm cần đáp ứng;  Tối ưu hóa sự tiêu thụ nhiên liệu và các tiện ích khác khi vận hành nhà máy, giảm thiểu tổn thất, hao hụt;  Tối ưu hóa việc sử dụng cơ sở vật chất;  Tối ưu hóa trong hoạt động tồn trữ;