三维数字化制造技术可以实现从二维制造模式到三维制造模式的转变，使产品研制过程和资源配置更加优化，在保证产品质量和可靠性的同时，大大缩短研制周期，能够有效解决我国航天器研制生产中面临的生产任务繁重、技术状态复杂、质量和可靠性要求高等问题。基于三维模型的工艺设计是三维数字化制造的核心部分，而工艺要素是进行工艺设计所必需的基础要素。对产品整个生产周期的三维工艺要素进行分析、优化，使之系统化、科学化，便于被直接提取利用。本文以航天器制造的典型企业为背景，在梳理分析了大量相关工艺生产流程和数据的基础上，参考相关的国家工艺编制标准，在生产流程、共性个性分类和工艺专业类型三个维度下分析了三维制造模式下满足航天器产品特点的工艺要素分析及优化设计方法。得到了航天器三维数字化制造模式下生产过程必需的工艺要素及其与整个生产流程间的关系，并进行了结构化配置。根据现阶段航天器工艺设计和生产制造的实际需求，综合利用成组技术和面向对象的思想，对工艺要素进行了分析归类，并基于企业实际生产（即本地化）的关键因素和结构化配置需求对工艺要素种类进行了优化。在此基础上，首先，建立了层次化的工艺要素组织结构。然后，采用面向对象分析的方法对工艺要素进行了基本属性、数据类型、提取方式的定义，建立了模型元素之间的泛化、聚合、依赖、关联等联系，运用继承性、多态性和封装性等特点抽象描述各类要素，使要素具有独立性、通用性和灵活性。最终形成了某航天企业结构化的工艺要素优化模型，并将结构化的工艺要素贯穿于航天器生产制造的全过程，有效避免了要素冗余。航天器产品中的壁板类、框类、直属件类、管路类零件工艺要素的优化结果在本文中已被成功应用于三维工艺设计系统Teamcenter中，提高了生产效率。