Die Planung und Umsetzung eines Zielbilds in der innerbetrieblichen Produktion und Logistik ist die Grundlage für erfolgreich produzierende Unternehmen. Das Wertstromdesign als zentrales Planungsinstrument hilft hierbei, indem es die wesentlichen Verbesserungspotenziale einer Wertschöpfungskette aufdeckt und den Anwender durch die Nutzung einfach nachvollziehbarer Gestaltungsregeln zu einem Soll-Zustand führt. Mögliche Wechselwirkungen in der Auslegung des Materialflusses bleiben dabei unklar. Schlanke Produktions- und Logistiksysteme werden außerdem oftmals entkoppelt ausgelegt. Daher ist der entwickelte Soll-Zustand eines Wertstromdesigns mit zahlreichen Entscheidungsunsicherheiten belegt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Wertstromdesignansatz entwickelt, der die genannten Entscheidungsunsicherheiten durch die Identifikation von Planungsalternativen minimiert und unter projektspezifischen Rahmenbedingungen die Auswahl des geeigneten Soll-Zustands für eine Produktionsumgebung ermöglicht. Die Anwendung und Evaluierung der entwickelten Methodik wird im Rahmen von fünf Industrieumsetzungen durchgeführt. Die gewählten Industrieanwendungsfelder unterschieden sich stark hinsichtlich der Anzahl der Prozesse, dem Kundentakt, der Variantenzahl sowie hohen Volumenschwankungen im Kundenbestellverhalten. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass die praktische Anwendbarkeit des entwickelten Wertstromdesignansatzes in unterschiedlichen Produktionsumfeldern gegeben ist. Generell stießen die Ergebnisse bei den beteiligten Unternehmen auf eine hohe Akzeptanz. Drei der vier Industriepartner haben die Planungsergebnisse zum Zeitpunkt der Fertigstellung dieser Arbeit teilweise oder vollständig umgesetzt.