Como un caso típico de la planificación óptima para la provisión de recursos médicos restringidos, la vacunación generalizada se considera una forma efectiva y sostenible de prevenir y controlar brotes a gran escala de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19). Sin embargo, una escasez inicial de suministro de vacunas es inevitable debido a la limitada capacidad de producción y logística. Este trabajo se centra en el problema de asignación de recursos de vacunas de múltiples tipos en una campaña de vacunación de dos dosis bajo un suministro limitado. Para abordar este problema, ampliamos un modelo epidemiológico SEIR (susceptible, expuesto, infeccioso y recuperado) estratificado por edad para incorporar una campaña de vacunación de dos dosis que involucra múltiples tipos de vacunas para caracterizar completamente las diversas etapas de infección y vacunación. Posteriormente, integramos el modelo epidemiológico propuesto en un modelo de programación no lineal (NLP) para determinar la estrategia de asignación óptima bajo restricciones de capacidad de suministro y vacilación ante la vacuna, con el objetivo de minimizar el número acumulado de muertes debido a la pandemia durante todo el horizonte de planificación. Se tomó un estudio de caso basado en datos del mundo real de la campaña de vacunación masiva inicial contra COVID-19 en las Midlands, Inglaterra, para validar la aplicabilidad de nuestro modelo. Luego, realizamos un estudio comparativo para demostrar el rendimiento del método propuesto y llevamos a cabo un análisis de sensibilidad extenso sobre parámetros críticos del modelo. Nuestros resultados indican que priorizar la asignación de vacunas a personas mayores es una estrategia efectiva para reducir las muertes relacionadas con COVID-19. Además, encontramos que la vacunación por sí sola no será suficiente para el control epidémico a corto plazo, y que las intervenciones no farmacológicas apropiadas siguen siendo importantes para una contención viral efectiva durante el despliegue inicial de la vacuna. Los resultados también mostraron que la eficacia relativa de la primera dosis es un factor vital que afecta el intervalo óptimo entre dosis. Siempre es mejor completar el esquema de vacunación de dos dosis lo antes posible cuando la eficacia relativa de la primera dosis es baja. Por el contrario, retrasar la segunda dosis de una vacuna tanto como sea posible para aumentar la proporción de la población vacunada con una sola dosis tiende a ser más favorable cuando la eficacia relativa de la primera dosis es alta. Finalmente, nuestro modelo propuesto es general y fácilmente extensible al estudio de otros brotes de enfermedades infecciosas y proporciona implicaciones importantes para las autoridades de salud pública que buscan desarrollar estrategias efectivas de asignación de vacunas para enfrentar posibles pandemias futuras.