Завдання формування структури операції полягає в тому, щоб визначити оптимальну послідовність переходів.
Для структури технологічної операції так само, як і для ТП, характерна багатоваріантність, що припускає існування оптимального рішення. Синтез оптимальної структури містить у собі визначення варіантів послідовності переходів і розрахунок параметрів переходів, необхідних для вибору оптимального варіанта послідовності. Тут завдання структурної оптимізації вирішується в три етапи:
- створення (синтез) чергового варіанта послідовності переходів;
- аналіз (оцінка) варіанта;
- ухвалення рішення про заміну раніше обраного варіанта на новий або про припинення синтезу нових варіантів.
Для оцінки рівня створюваних варіантів уводиться цільова функція й формується критерій оптимальності, тобто правило переваги одного варіанта іншому.
Найбільше часто завдання визначення оптимальної послідовності переходів вирішують при обробці східчастих поверхонь деталі (плоских, циліндричних, зовнішніх і внутрішніх). Наприклад, при чорновій токарній обробці східчастих валів, коли як заготівля приймається прокат і кожний ступінь вала має різний по величині напуск. Аналіз можливих варіантів виконується за допомогою цільової функції, що враховує величину переміщення інструмента.
Іншим характерним прикладом оптимізації структури операції є обробка (свердління, зенкування, розгортання) декількох отворів у корпусній деталі. Тут необхідно відшукати маршрут найменшої довжини між отворами.
Для рішення зазначених завдань обробки східчастих поверхонь і обробка отворів використовується метод динамічного програмування.