As micro e pequenas empresas enfrentam desafios crescentes relacionados à produtividade, ao gerenciamento de custos e à eficiência operacional. Nesse contexto, a Pesquisa Operacional oferece ferramentas matemáticas capazes de auxiliar na tomada de decisão e no planejamento adequado da produção. A pesquisa tem como objetivos: (a) elaborar um modelo de Programação Linear fundamentado na Pesquisa Operacional; (b) testar o modelo proposto no contexto da gestão da produção de bolos; e (c) mensurar os resultados gerados pela sua aplicação para propor melhorias ao processo produtivo. A metodologia adotou uma abordagem quantitativa baseada em Programação Linear, empregando dois modelos de otimização: maximização do lucro e minimização do tempo. A coleta de dados envolveu observação direta, mapeamento do fluxo produtivo. O software LINDO foi utilizado para resolver os modelos matemáticos, determinar caminhos críticos e avaliar os resultados da análise de sensibilidade. O modelo de maximização apontou que a combinação ótima de produção é composta por apenas dois produtos. Já o modelo de minimização revelou que o processo produtivo atual é fortemente impactado por longos períodos de espera, especialmente nas etapas de resfriamento. O modelo de maximização contribui para identificar o mix de produção mais lucrativo, enquanto o modelo de minimização evidencia ineficiências e oportunidades de aprimoramento do fluxo produtivo. Tendências futuras incluem a integração de modelos de otimização com técnicas de simulação, a adoção de métodos multicritério e a incorporação de automação parcial para elevar a produtividade e a competitividade.