プログラム設計書とは？役割や書き方を詳しく解説【サンプル付き】

プログラミングの現場で、プログラム設計書が重要な役割を果たすとご存知の方も多いでしょう。しかし、具体的な役割や記述内容どのようにプロジェクトの成功に貢献するのかまで深く理解している方は、意外と少ないものです。

本記事では、プログラム設計書の基礎知識から効果的な書き方・実践的なサンプル・書き方のポイントを詳しく解説します。開発プロジェクトの品質向上と効率化を実現するために、プログラム設計書の活用術をぜひ参考にしてください。

プログラム設計書とは

プログラム設計書は、システム開発における極めて重要な文書であり、プログラミング作業の羅針盤です。プログラム設計書には、システムの内部動作・データの流れ・処理ロジック・エラー処理方法など、プログラマーがコーディングを行う上で必要な全情報が網羅的に記述されます。

各機能が、「どのように動作するか」・「どのようなデータを入力として受け取り、どのようなデータを出力するのか」・「データベースとの連携はどのように行うか」・「例外が発生した場合にどのように対応するか」など、詳細な情報が明確に定義されます。

質の高いプログラム設計書は、開発プロジェクトの成功に不可欠です。詳細な設計書があることで、プログラマーは仕様を正確に理解し、迷うことなくコーディング作業を進められます。

プログラム設計書が必要な3つの理由

本章では、プログラミング設計書が必要な主な理由を解説します。

• 開発効率を向上させる
• チーム間の共通認識を醸成する
• 保守・運用を容易にする

1. 開発効率を向上させる

設計書は、開発における手戻りを減らす上で非常に重要です。設計書が明確かつ詳細に記載されていれば、開発者は自信を持って作業に取り組め、結果として迅速で高品質なシステム開発につながります。

プログラマーは設計書を基に作業を進めるため、実装段階で仕様の確認や判断に迷うことが少なくなります。結果的に、コーディングからテストへの移行が円滑に進み、開発プロセス全体の効率が向上します。

2. チーム間の共通認識を醸成する

プログラム設計書は属人化を防ぎ、知識の共有を促進する重要な文書です。チーム開発において、コミュニケーションを円滑にする基盤と言えます。

各担当者が設計書の共通ルールに沿って実装を進めることで、コード品質のばらつきを抑え、一貫性を保てます。また、設計書は担当者の変更や新しいメンバーが加わる際にもシステム全体の理解を助け、スムーズな引き継ぎが実現可能です。

設計書が整備されていると、開発者は個々の実装に集中できます。また、チーム全体の進捗状況を把握しやすくなり、問題点の早期発見が可能です。結果として、手戻りの削減・開発効率の向上・最終的なソフトウェアの品質向上に貢献します。

3. 保守・運用を容易にする

システム開発後の保守や運用においても、プログラム設計書の重要性は非常に高いです。

開発直後は理解していたコードも、時間が経つにつれて詳細を忘れがちです。設計書がない場合、膨大なコードを解読する時間と労力がかかり、改修作業の遅延や新たなバグの発生リスクを高めます。

しかし、機能改修や不具合修正が必要になった際に設計書があれば、システムの全体像や各機能の役割を迅速に把握できます。将来の担当者がシステムの内部処理を正確に理解するために、プログラム設計書の作成は不可欠であり、開発段階で行うべき作業です。

システム開発で作成するその他の文書の種類

システム開発では、プログラム設計書のほかに、様々な文書を作成しながら段階的に進められます。

以下では、代表的な文書と役割について解説します。

• 提案書
• 要件定義書
• 基本設計書
• 詳細設計書
• テスト仕様書

提案書

提案書は、顧客の抱える課題を詳細に分析し、具体的な解決策としてシステムの導入を提案する文書です。企画フェーズで作成され、顧客のニーズを深く理解し、最適なシステム構成・機能・性能の明確な提示が求められます。

提案書は単なる技術的な説明に留まらず、導入によって顧客が得られるビジネス上のメリット（コスト削減・効率向上・新規顧客獲得など）を数値で示すことが重要です。

また、提案書は顧客の課題解決に貢献し、長期的なパートナーシップを築くための第一歩となる文書です。顧客が導入を決定するための判断材料を提供し、自社の強みをアピールして提案の優位性を際立たせられます。

要件定義書

要件定義書は、顧客からの要望を整理し、システムに必要な機能や性能を明確に定義する文書です。要件定義フェーズで作成され、システム開発における基礎になります。また、開発チーム・テストチーム・顧客など、関係者全員が共通認識を持つための基盤となり、プロジェクトの成功を左右する重要な要素です。

要件定義書を作成する際は、顧客との綿密なコミュニケーションが必要です。表面的な要望だけでなく、潜在的なニーズまで掘り起こし、明確な要件として記述することが求められます。機能要件と非機能要件（性能・セキュリティ・可用性など）を網羅的に記述して曖昧さを排除すると、開発段階での手戻りを防ぎます。

基本設計書

基本設計書は外部設計書とも呼ばれ、ユーザーから見える部分である画面・操作方法・入出力インターフェースなど、システムの外部仕様を定義する文書です。基本設計フェーズで作成され、ユーザーエクスペリエンス（UX）を考慮した設計が重要です。

基本設計は画面レイアウト・ボタン配置・メニュー構成など、具体的なインターフェース要素を詳細に記述して、ユーザーが直感的かつ効率的にシステムを利用できるよう配慮します。また、データの入力規則・エラーメッセージ・ヘルプ機能など、ユーザーサポートに関する仕様も定義します。

詳細設計書

詳細設計書は内部設計書とも呼ばれ、システム内部の構造・処理の流れ・データ構造など、開発者向けの技術的な仕様を詳細に定義する文書です。詳細設計フェーズで作成され、プログラミング・テスト・保守作業の指針となる重要な役割です。

詳細設計書には、モジュール構成・クラス設計・データベーススキーマ・アルゴリズムなど、システム構成における様々な要素を詳細に記述します。また、エラー処理・例外処理・ログ出力など、システムの信頼性を高めるための仕様も定義します。

プログラム設計書は、詳細設計書を基にプログラミングの実装に特化したコードの書き方を詳細に記述したものです。詳細設計書がシステム全体の内部構造を示すのに対し、プログラム設計書は個々のプログラムの具体的な作成方法を記述します。

テスト仕様書

テスト仕様書は、システムが要件定義書に記載された要件通りに動作するかを確認するためのテスト手順を、詳細に定義する文書です。テストフェーズで作成され、システムの品質保証において不可欠な役割を果たします。

テスト仕様書には、テストケース・テストデータ・期待結果などが明確に記述されます。単体テスト・結合テスト・システムテスト・受け入れテストなど、各テストレベルに応じて適切なテスト仕様書の作成が必要です。

テスト仕様書に基づいて網羅的なテストを実施すると、潜在的な不具合を早期に発見し、修正できます。これらの文書は、上流工程から下流工程へとバトンをつなぐように作成され、プロジェクト全体の品質を担保する役割を担っています。

プログラム設計4つのステップ

質の高いプログラム設計書を作成するためには、体系立てられた手順を踏むことが重要です。

以下では、設計を進めるための 4 つのステップを紹介します。

1. プログラムの目的の明確化
2. 必要な仕様の定義
3. データ構造とアルゴリズムを設計
4. 設計内容の検証とフィードバック

1.プログラムの目的の明確化

プログラム開発を成功させるためには、開発の初期段階で「何のためにプログラムを作るのか」など、目的の明確な定義が不可欠です。

目的の明確化は、要件定義書や基本設計書の精査から始まります。これらの文書を通じて、プログラムが解決すべき課題・提供すべき機能・想定する対象ユーザーを具体的に特定し、プログラムが果たすべき役割を正確に把握しましょう。

目的が明確に定義されることで、その後の設計・実装・テストなど各開発工程において一貫性のある判断が可能です。結果として、開発プロセス全体が効率的に進められ、最終的にユーザーのニーズを満たす高品質なプログラムの開発を実現できます。

2. 必要な仕様の定義

プログラム開発において、目的達成に必要な仕様を明確に定義することが重要です。単にプログラムを機能させるだけでなく、目的をどのように実現するかを具体的に定めるプロセスです。ユーザーインターフェースの設計・データベースの構造・APIの仕様など、プログラムの動作に関わるあらゆる要素を詳細に検討します。

また、仕様を定義する際は将来的な運用と保守を考慮しましょう。システムのメンテナンス性・拡張性・移植性などを考慮すると、長期にわたり利用可能なプログラムが開発可能です。

要件定義で明確にした内容を、仕様検討を通してより具体的に落とし込み、開発の基盤を構築しましょう。結果的に、開発段階での手戻りを最小限に抑え、効率的かつスムーズな開発を実現できます。

3.データ構造とアルゴリズムを設計

プログラムの中心となるデータを定義し、入力・出力の形式や内容を明確にします。どのようなデータを扱い、どのような形式で入出力を行うかを詳細に設計しましょう。これらは、データの単位や取りうる値の範囲なども含めます。

次に、プログラムが処理結果を導き出すためのアルゴリズムを設計しましょう。データの加工に必要な変数や関数を定義し、処理の流れを明確に記述します。結果的に、効率的かつ正確なプログラムの作成が可能です。

4.設計内容の検証とフィードバック

設計が完了した段階で内容を客観的に検証し、適切なフィードバックを得ることは、設計品質を向上させるために不可欠なプロセスです。検証では、他の開発者や有識者に設計内容を確認してもらい、「漏れや誤りがないか」・「改善点はないか」など客観的な視点での評価を求めましょう。第三者の目を通すと、設計者自身では気づかない問題点や改善の余地を発見できます。

得られたフィードバックを基に設計内容を見直し、必要に応じて修正を行うことで、設計段階で問題に対応できます。結果的に、後の実装やテスト工程での手戻りを大幅に削減し、開発全体の効率化が可能です。

質の高い設計は、その後の開発効率と最終的な製品の品質を左右する重要な要素です。設計内容の検証を徹底し、得られたフィードバックを適切に反映させることで、より確実で実用性の高い設計を実現できます。

プログラム設計書の基本構成と記載すべき内容

プログラム設計書に決まったフォーマットはありませんが、一般的に含まれるべき項目があります。

以下では、基本的な構成と記載内容の例を紹介します。

• 表紙・目次
• システム概要
• 機能仕様
• データ設計

表紙・目次

文書の冒頭には、以下の基本情報を記載し、内容を明確にしましょう。

• プロジェクト名：文書がどのプロジェクトに関連するものかを示す
• 書類名：文書の種類（例：〇〇機能 プログラム設計書）を特定する
• バージョン番号：文書の版数を明記し、管理を容易にする
• 作成日、更新日：文書の作成日と最終更新日を記録する
• 作成者、承認者：文書の作成者と承認者を明示し、責任の所在を明らかにする

システム概要

プログラムがどのようなもので、どのような役割を持つのかを説明します。

• 目的：プログラムが実現すること
• 対象ユーザー：プログラムの処理結果を利用する人やシステム
• 使用技術：
  • プログラミング言語
  • フレームワーク　
  • 使用する主要なライブラリ

機能仕様

プログラムの具体的な機能を詳細に記述します。

• 機能一覧：実装する機能のリスト
• 処理フロー：シーケンス図やフローチャートを用いて、処理の流れを視覚的に示す
• 入力情報：関数に渡される引数や、外部から受け取るデータの内容、型など
• 出力情報：処理結果として返される戻り値や、出力されるデータの内容、型など
• エラー処理：想定されるエラーと処理内容（エラーメッセージ、ログ出力など）

データ設計

プログラム内で使用するデータ構造について定義します。

• 定数一覧：プログラム内で使用する定数と意味をまとめたリスト
• 変数一覧：主要な変数の役割、データ型、命名規則など
• データ構造：クラスや構造体などのデータ構造定義
• データ引用元：外部データベースや API からデータを取得する場合、取得元や方法

プログラム設計書のサンプル

本章では、プログラム設計書に記載する関数定義と定数リストの書き方を紹介します。

なお、記載されているサンプルは架空のものであり、そのままの利用は推奨しません。参考としてお役立てください。

• 関数定義の書き方
• 定数リストの書き方

関数定義の書き方（例）

関数の仕様を定義する際の記述例です。

項目	内容
関数名	calculateTotalPrice
機能概要	商品の単価と数量から、税込みの合計額を計算する
引数	price（単価: 数値型）, quantity（数量: 数値型）
戻り値	税込み合計額（数値型）
処理内容	1. price と quantity を乗算し、税抜き価格を算出する 2. 税抜き価格に消費税率（10%） を乗算する 3. 計算結果を戻り値として返す
例外処理	price または quantity が負数の場合、例外をスローする

定数リストの書き方（例）

プログラム内で使用する定数を一覧で管理する際の記述例です。

定数名	値	意味
TAX_RATE	0.1	消費税率 （10%）
MAX_LOGIN_ATTEMPTS	5	ログイン試行の最大回数
DEFAULT_TIMEOUT_MS	30000	デフォルトのタイムアウト時間（ミリ秒）

プログラム設計書作成のポイント

効果的なプログラム設計書を作成するためには、いくつかのコツがあります。

以下のポイントを意識すると、わかりやすくて価値のある文書を作成できます。

• 明確で簡潔な記述を心がける
• 図や表を効果的に活用する
• 変更履歴を管理する

明確で簡潔な記述を心がける

プログラム設計書では、要点を絞り、簡潔かつ明確な記述が不可欠です。曖昧な表現を避け、一意に解釈可能な言葉を選ぶことで誤解を最小限に抑え、正確な情報伝達を実現します。また、必要な情報を的確に伝えることで読み手の理解を助け、コミュニケーションの効率化が可能です。

目的を常に意識し、もっとも効果的な表現方法を選ぶことで、意図した内容を確実に伝えられます。情報の優先順位を明確にし、重要なポイントを強調すると、読み手の注意を引きつけて記憶に残りやすくします。結果として、読み手に的確かつ迅速に情報を伝達し、スムーズな意思疎通が可能です。

図や表を効果的に活用する

情報を効果的に伝えるには、視覚的な要素の活用が不可欠です。特に、フローチャート・図・表などは、文字だけでは伝わりにくい情報をわかりやすく表現する上で非常に有効です。複雑なロジックや処理の流れを説明する際には、図解を用いることで、読み手は内容を直感的に理解できます。

視覚的な表現は情報の伝達効率を高め、受け手の理解を深める強力なツールです。プログラム設計書では、積極的に視覚的な要素を取り入れ、情報のわかりやすさの追求することで、より効果的なコミュニケーションが実現し、情報伝達の質も向上します。

変更履歴を管理する

設計は常に変化するものであり、変更履歴管理は極めて重要です。変更履歴は「いつ・誰が・何を・なぜ変更したのか」を明確に記録すると、チーム全体での情報共有を円滑になり、認識の不一致を減らせます。

変更履歴の管理を徹底すると、混乱を避けて開発プロセスをスムーズに進められ、高品質な成果物につながります。開発における変更管理は、プロジェクト成功の鍵を握る重要な要素です。

プログラム設計書を理解してシステム開発を円滑に進めよう

本記事では、プログラム設計書の役割から必要性、具体的な書き方やサンプルなどを解説しました。

プログラム設計書は単なる作業指示書ではなく、開発チームの共通言語であり、プロジェクトの品質を支えながら未来の保守性を担保する重要な資産です。質の高いプログラム設計書を作成すると、結果としてシステム開発プロジェクト全体の成功につながります。

また、プログラム設計書作成後、システム開発の実作業段階ではプロジェクト管理が不可欠です。進捗を可視化して遅延を防ぎ、チーム全体の連携を円滑にするために、各タスクの担当者・期限・依存関係を明確に管理しましょう。

さらに、プロジェクト管理ツールを導入することで煩雑な管理を効率化できます。本記事を参考に、ぜひ円滑なシステム開発を目指してみてください。