システム設計の基礎から実践までを徹底解説【初心者向け】

システム設計を調べていると、システム開発との違いやソフトウェア設計との関係、実務で何を作るべきかがわからず迷うことが多いです。

本記事ではシステム設計の役割と目的を整理し、設計工程ごとのアウトプットや進め方、設計と実装の境界について明確に示します。

これにより要件の取り違えや手戻りを減らし、実装段階での品質と効率を高めることが期待できます。

システム設計の基礎を理解する

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ITにおけるシステム設計とは？

ITにおけるシステム設計とは、要件定義で明らかになった業務要件や機能要件、非機能要件を基にして、システム全体の構成や振る舞いを具体的に決める工程です。

ここでの設計は単にプログラムの細部を決めるだけでなく、画面や帳票の仕様、データベース設計、バッチ処理、外部インタフェース、ハードウェアやネットワークの要件まで含む広範な作業を指します。

成果物としては基本設計書（外部設計書）、機能設計書、詳細設計書、方式設計書、テーブル定義書、画面設計書などが挙げられます。

設計段階では、実装担当者が迷わずコーディングできるレベルまで仕様を詳細化することが求められます。特に非機能要件（性能、可用性、セキュリティ、運用性など）は設計の早期に明確にしておかないと、後工程で大きな手戻りや追加コストを招くため優先的に検討します。

レビューと承認のプロセスを含め、設計成果物はプロジェクト全体の指針となるため、分かりやすさと網羅性のバランスが重要になります。

どんな仕事？

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システム設計の仕事は多岐にわたります。具体的には次のような作業が中心です。

画面や帳票のレイアウトと入出力項目の定義、画面遷移図の作成、機能ごとの処理フロー設計、データベースの論理・物理設計（ER図・テーブル定義）、バッチやスケジューリングの設計、外部システム連携仕様の定義、ハードウェア・ネットワーク構成の決定、性能要件の検討および負荷試験計画の準備、運用・監視設計やバックアップ方針の策定などです。

これらは単独で行うものではなく、プロジェクトマネージャーや開発者、運用担当者、発注者と連携しながら進めます。

また、設計段階では「次工程（詳細設計・開発）に必要な情報」を意識した成果物作りが求められます。余計な曖昧さを残さず、実装者が判断に迷わないレベルで設計を落とし込むことが品質を保つうえで肝要です。

SEとの違いは何ですか？

ここでのSEは一般的にシステムエンジニアを指し、職務範囲は組織やプロジェクトにより変わります。システム設計という作業はSEの主要業務の一つですが、SEの役割には要件定義や顧客折衝、プロジェクト管理まで含まれる場合があります。一方でプログラマーは詳細設計やコーディング、単体テストに特化することが多いです。

以下の表で役割を比較します。

このようにSEは設計と調整の橋渡しをする役割が大きく、システム設計はその中核業務に該当します。

システム開発との違いは何ですか？

システム設計とシステム開発は工程上区別されます。システム設計は「何を、どのように実現するか」を決める工程であり、システム開発はその設計に従ってプログラムやインフラを実際に作る工程です。

設計が十分に詳細であれば、開発はよりスムーズに進みますが、設計が甘いと開発中の判断や追加作業が増えて手戻りが発生します。

開発手法による違いもあります。ウォーターフォール型では明確な設計フェーズが前倒しで実施され、以降の開発工程は設計に基づいて進められます。アジャイル型では設計と開発を反復的に行うため、設計の粒度やタイミングが柔軟になります。

どちらの手法でも設計と開発の責務を明確に分け、インタフェースや受け渡し物を定義しておくことが品質管理に寄与します。

ソフトウェア設計との違いを整理する

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システム設計とソフトウェア設計は重なる部分もありますが、スコープが異なります。システム設計はシステム全体（ハード・ソフト・ネットワーク・運用等）を対象とする広義の作業です。

対してソフトウェア設計はアプリケーションソフトウェアに焦点を当て、モジュール構成、クラス設計、アルゴリズム、インタフェース仕様、データ構造といった内部の実装方針を詳細に定めます。

実務上は、まずシステム設計で体系的な枠組み（何をどこで処理するか、どのシステムで持つデータか等）を決め、その後ソフトウェア設計で各アプリケーションの内部構造を深掘りします。したがって、システム設計はソフトウェア設計の上位概念に位置づけられることが一般的です。

流れを分かりやすく解説する

システム設計は大きく分けると次のような流れで進みます。まず要件定義で業務要件・機能要件・非機能要件を確定します。

次に方式設計でハードウェアやネットワーク、外部IFなどの技術的な構成を決めます。基本設計（外部設計）で画面や帳票、外部連携の仕様を明確にし、機能設計でアプリケーションの機能分割を行います。

最後に詳細設計（内部設計）でプログラム単位やテーブル定義、シーケンス図などを作成し、開発チームに引き渡します。

この流れの中で、レビューや承認を適切に設けること、設計のバージョン管理と変更履歴を明確にすること、影響範囲を把握するための関連図（CRUD図、プログラム関連図）を用意することが手戻りの低減に効果的です。

実践から学ぶシステム設計の進め方

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考え方を身につける

実務で役立つシステム設計の考え方として、まず「次工程を意識した成果物作り」を徹底します。基本設計は詳細設計のインプット、詳細設計は実装のインプットであることを念頭に置き、過不足のないドキュメントを作成します。

次に「影響範囲の可視化」を行い、変更時にどこを直せばよいかを素早く特定できるようにしておきます。CRUD図やモジュール相関図を作ると効率的です。

また「モジュール分割の原則」として、単一責任の原則や結合度を下げる工夫を取り入れることが重要です。性能要件や運用負荷も設計段階で検討し、スケーラビリティやフェイルオーバーの考え方を含めて設計に反映させます。

最後にレビュー体制を整え、発注者レビューと内部レビューを段階的に実施することで認識齟齬を減らします。

勉強方法と学習ステップ

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学習の進め方は段階的にするのが効率的です。まずは基礎知識としてシステム開発の工程とそれぞれの役割を理解します。

次にUML（ユースケース図、クラス図、シーケンス図）やER図の書き方を学び、設計図の読み書きに慣れます。データベース設計、ネットワーク基礎、OSやミドルウェアの基本的な動作理解も重要です。

実践的には小さなシステムを題材に要件定義から詳細設計まで自分で作ってみることが有効です。コードを書くことも設計力強化に役立つため、基本的なプログラミング経験を積むことを勧めます。

書籍やオンラインコース、設計ドキュメントのテンプレートを学ぶことが助けになりますし、先輩エンジニアの設計書をレビューして学ぶことも効果的です。

必要なプログラミング理解

設計者にとってプログラミングの理解は不可欠です。プログラムの実行コストやメモリ使用量、I/Oの特性を理解していれば、非機能要件（性能や応答性）の設計で現実的な制約を設けられます。

例えば、大量データ処理が必要な機能を設計する場合はバッチ処理やストリーム処理の選択、インデックス設計やクエリの最適化を考慮に入れる必要があります。

またAPI設計やエラーハンドリング、例外発生時のリトライ方針など、実装時の挙動を想定した設計が求められます。

設計者は少なくとも一つか二つの言語での開発経験があると、実装に無理のない設計ができるようになります。

例から実務をイメージする

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実例として受注管理システムを想定します。要件としては受注登録、在庫照会、請求書出力、外部倉庫連携などがあるとします。

基本設計では画面一覧、画面レイアウト、帳票サンプル、外部連携API仕様、システム構成図を作成します。詳細設計では受注テーブル、在庫テーブルの物理定義、各画面ごとの処理フロー、バッチ処理のスケジュール、エラーハンドリング仕様を記述します。

この過程での設計のポイントは、外部連携の障害時の仕組み、データ整合性（トランザクション設計）、パフォーマンスが必要な処理への対策（索引やキャッシュ設計）などに注力することです。

実務では設計書に加えて試験項目や運用手順書も早めに準備しておくと移行時の混乱を抑制できます。

英語で学ぶシステム設計の重要性

現代のIT分野では英語のドキュメントや技術用語が標準であることが多く、英語での情報収集能力は役立ちます。API仕様書やOSSのドキュメント、最新のアーキテクチャ記事は英語で公開されることが多いため、用語の理解や原文の読み込み力があると設計の幅が広がります。

基本的な用語としては requirements、architecture、API specification、sequence diagram、scalability などを押さえておくと便利です。

また社内システムがグローバルに展開される場合は英語での設計書やコメント、仕様共有が求められることもあります。

英語力は設計レビューや外部ベンダーとの調整にも有利に働くため、専門用語の習得と簡潔な英語表現の練習を進めることを推奨します。

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まとめ：システム設計の理解を深めるポイント

この記事のポイントをまとめました。

• 要件定義で業務目的を整理し非機能要件まで正確に定義することがプロジェクトの品質と工数に直結する
• 基本設計で画面や帳票と外部インタフェースを具体化して関係者合意を取ることが肝要である
• 詳細設計ではプログラミングに必要な情報を過不足なく記述して実装の判断を減らすことが大切である
• 方式設計でハードウェアやネットワーク要件を明確にし性能と可用性の基準を決めることが必要である
• 設計成果物は次工程のインプットとなるため形式と内容の統一を図ることが有効である
• 設計標準やテンプレートを用意して記述ルールを定めることが品質のばらつきを抑える手段になる
• 仕様変更時は関連図を使って影響範囲を迅速に特定し漏れを防ぐプロセスを整備することが重要である
• レビューは発注者レビューとプロジェクト内レビューを段階的に行い認識齟齬を早期に修正することが望ましい
• モジュール分割は単一責任の原則を意識して結合度を下げ保守性を高める設計を心がけることが有益である
• 非機能要件は早期に数値目標を決めて負荷試験計画と一緒に検証項目を揃えておくことが効果的である
• データベース設計では正規化と実運用に応じたインデックスやパーティショニングを両立させる工夫が必要である
• 運用設計を含めた監視と障害対応フローを設計段階で決めておけば切替や運用が円滑になる
• プログラミング知識を持つ設計者は実装上の制約を踏まえた現実的な設計に落とし込める利点がある
• 小規模な設計演習を繰り返し実務で使えるテンプレートを蓄積していくことが成長を促す
• 英語資料の翻訳や原文チェックができると最新技術や国際的な設計知見を取り入れやすくなる