在大型聚乙烯生产中，根据熔融指数和密度的不同，将聚乙烯划分为上百种牌号的产品。由于消费者在不同时期内对产品的需要不同，所以企业被迫在单个反应器上通过频繁切换操作来生产不同牌号的聚乙烯产品。随之而来的是牌号切换所耗费时间较长、产生的不合格废料量多、产品质量不稳定等问题，因此对聚乙烯牌号切换的优化策略研究，在理论与实践指导中都具有很大的价值。首先，本文首次将大型聚乙烯生产中普遍存在的冷凝操作约束引入到优化目标函数中。针对产品的波动问题，将路径约束也考虑到目标问题中。为实现切换时间最短和切换过程中产生的废料量最少的目的，采用线性加权和法将多目标优化转化成单个目标优化问题。牌号切换优化模型是非线性动态的，而且优化参数较多，同步策略是求解这种有路径约束的大型非线性DAE系统的有效方法。但常规同步策略算法在有限元边界处未必可导，本文对同步策略进行了改进，通过在有限元边界点处增加导数约束，提高了其求解性能。此外，在SQP求解中，引入罚函数自由的非单调线搜索技术，避免了罚函数及罚参数对最终结果的影响。通过对两个实际牌号的仿真，对这种方法进行了验证。其次，为了克服同步优化算法在同时求解终端时间和控制策略中存在的不稳定及该算法最优解对初始值依赖性大的缺陷，本文采用分步优化思想将牌号切换优化问题分解为终端时间固定问题和动态调整终端时间参数问题两步。然后，将具有全局搜索能力的启发式算法应用到分解后的问题中，第一步采用进化效率极高的文化算法，第二步采用较简单的粒子群算法。仿真结果证实了结果的稳定性和优化的准确性。最后，开发了聚乙烯牌号切换优化软件，同时加入数据采集、系统开环辨识、实时在线应用等功能，使之成为完整的聚乙烯牌号切换优化软件，便于应用推广。在装置上的应用表明，对减小牌号切换时间及废料、增加产率方面效果显著。