A la luz de las mejoras en la capacidad y puntualidad del transporte ferroviario de carga pesada que se pueden organizar a través de trenes grupales que parten de una estación técnica, abordamos un problema de programación de operación de trenes grupales con importancia en la demanda de carga a través de un modelo de programación entera mixta recién propuesto y un algoritmo de recocido simulado. El objetivo de optimización del modelo de programación entera mixta es minimizar la suma ponderada del costo de transporte y el tiempo total de viaje de la carga bajo la condición de igualar la oferta y la demanda de carga dentro del período de optimización. Las principales restricciones se extraen de las relaciones de oferta y demanda, el compromiso de tiempo de entrega de la carga, el tiempo de mantenimiento y el número de locomotoras. Se construyó un algoritmo de recocido simulado para generar el esquema de agrupación, el esquema de paradas y el horario de funcionamiento de los trenes grupales. Se empleó un experimento numérico basado en una configuración real de ferrocarril de carga pesada para verificar la eficacia del modelo propuesto y del algoritmo heurístico. Los resultados muestran que la metodología propuesta puede lograr soluciones de alta calidad. Los resultados del caso revelan que el volumen de carga aumentó un 2.03%, el costo de salida disminuyó en 337,000 CNY, el costo de transporte que resulta de la diferencia en la coincidencia de oferta y demanda aumentó en 27,764 CNY, y el tiempo total de viaje de la carga disminuyó un 40.9%, lo que indica que la operación de trenes grupales puede generar beneficios tanto para las empresas ferroviarias como para los clientes.