Digitale Technologien aus den Bereichen Internet der Dinge, cyber-physische Produktionssysteme, Cloud und künstliche Intelligenz eröffnen der Fertigungsindustrie neue Potenziale zur Produkt- und Prozessoptimierung. Mit der Digitalisierung streben Unternehmen nicht nur danach, die klassischen Zielparameter Zeit, Qualität und Kosten zu verbessern, sondern auch die Flexibilität und Reaktionsfähigkeit im Hinblick auf neue Geschäftsmodelle und externe Einflüsse zu erhöhen. Die vollständige digitale Transformation im Produktionsumfeld, die durch eine heterogene Anlagen- und Systemlandschaft gekennzeichnet ist, erfordert sowohl einen technischen als auch einen kulturellen Wandel. Aufgrund sich rasch entwickelnder Technologien sind Unternehmen und ihre Mitarbeiter neben der Aufrechterhaltung der Kernproduktionsprozesse gefordert, zusätzlich eine hohe Veränderungsbereitschaft sowie die Fähigkeit zur Anpassung und Innovation vorzuweisen. Die inhärente soziale und technische Komplexität der digitalen Transformation stellt die Fertigungsindustrie vor Herausforderungen. Gegenstand und Ziel dieser Arbeit ist es, ein methodenbasiertes Vorgehensmodell zu definieren, das den komplexen Transformationsprozess umfassend und anwendungsagnostisch abbildet. Die Formulierung eines integrierten Prozessmodells und dessen methodische Ausgestaltung zielen auf die Lösung praktischer Problemmerkmale im Bereich der Digitalisierung ab. Der beschriebene Lösungsansatz wird in verschiedenen industriellen Anwendungsszenarien validiert. Die erfolgreiche Realisierung von sechs digitalen Lösungen aus den Technologiebereichen Internet der Dinge, Datenanalyse und Cloud Computing beweist die Richtigkeit und Anwendbarkeit der Methodik, deren Spezifikation eine Implementierungsgrundlage für Informationssysteme zur Digitalisierung von Fertigungsunternehmen schafft.