1.はじめに：データモデルとは何か？なぜ理解が必要か
システム開発やデータ分析において、「データモデル」という言葉を耳にしたことはありますでしょうか。データモデルとは、システムが扱うデータの構造や、データ同士の関係性を整理し、図や記号を用いて表現したものです。
なぜデータモデルの理解が必要なのでしょうか？主な理由は以下の通りです。
- 関係者間の共通理解促進： 開発者、設計者、利用者など、異なる立場の人々が同じデータの構造を共有できます。
- 設計の明確化： どのようなデータをどのように扱うかを具体的に定義できます。
- 手戻りの削減： 仕様の曖昧さをなくし、開発後の大きな変更を防ぎます。
データモデルは、システム開発の基盤となる非常に重要な要素です。このガイドでは、データモデリングの基本的な考え方と、特に重要となる「概念モデル」「論理モデル」「物理モデル」という3つの異なる視点について、初心者の方にも分かりやすく解説していきます。
2.データモデリングの3つの視点：概念・論理・物理モデル
開発プロセスにおける位置づけ
データモデルは、システム開発の様々な段階で重要な役割を果たします。特に、データの構造を設計する上で欠かせない工程です。
システム開発は、一般的に以下のフェーズを経て進められます。
- 要求分析
- 設計（外部設計、内部設計）
- 実装
- テスト
- 運用・保守
データモデリングは、主に「設計」フェーズで行われますが、要求分析の結果を受けて、設計フェーズの初期から詳細設計にかけて、段階的に異なる視点のモデルを作成していきます。
具体的には、
| モデル | 主な作成フェーズ |
|---|---|
| 概念データモデル | 要求分析～外部設計初期 |
| 論理データモデル | 外部設計～内部設計 |
| 物理データモデル | 内部設計～実装初期 |
このように、開発の進行に合わせて抽象度を下げながら、データ構造を具体化していくプロセスの中で、それぞれのモデルが位置づけられます。
各モデルの概要
データモデルには、システムの開発段階に応じて異なる3つの視点があります。これらは「概念モデル」「論理モデル」「物理モデル」と呼ばれ、それぞれ抽象度が異なります。
| モデル名 | 抽象度 | 主な目的 |
|---|---|---|
| 概念モデル | 最も高い | 業務の要件や概念を表現する |
| 論理モデル | 中間 | データベースの種類に依存せず論理的な構造を示す |
| 物理モデル | 最も低い | 特定のデータベースに実装するための詳細を示す |
これらのモデルは、システムの設計・開発において、ビジネス側の要求を技術的な仕様へと段階的に落とし込んでいくために重要な役割を果たします。次章以降で、それぞれのモデルについて詳しく見ていきましょう。
3.概念データモデルとは
特徴と目的
概念データモデルは、ビジネスの要件やユーザーの視点から、システムが扱うべき情報とその関係性を抽象的に捉えることが特徴です。その主な目的は、システム開発の初期段階で関係者間の共通理解を得ること、そしてビジネスプロセスとデータの関連性を明確にすることにあります。専門的なIT知識がなくても理解できるよう、分かりやすい表現を用います。
論理データモデルは、概念モデルで定義された情報をリレーショナルデータベースなどの特定のデータ構造に落とし込むことが特徴です。具体的なデータベース製品に依存しない形で、テーブル（エンティティ）、カラム（属性）、主キー、外部キー、リレーションシップなどを定義します。その目的は、データの整合性や効率的な操作を考慮したデータ構造を設計することです。
物理データモデルは、論理モデルを基に、実際に使用する特定のデータベース管理システム（DBMS）に合わせて最適化することが特徴です。データ型、インデックス、パーティショニング、ストレージ設定など、物理的な実装の詳細を定義します。その目的は、データベースのパフォーマンスや容量、セキュリティなどを考慮した具体的なデータベース構造を構築することです。
| モデル名 | 特徴 | 目的 |
|---|---|---|
| 概念モデル | ビジネス要件ベース、抽象的 | 関係者の共通理解、ビジネスとデータの関連明確化 |
| 論理モデル | 特定DBに依存しない構造定義（テーブル、カラムなど） | データ構造設計、整合性・効率性考慮 |
| 物理モデル | 特定DBに最適化された実装詳細定義（データ型、インデックスなど） | パフォーマンス・容量・セキュリティ考慮、具体的なDB構造構築 |
表現方法（エンティティ、関連など）
概念データモデルでは、現実世界の物事を抽象的に表現します。主な表現要素は以下の通りです。
- エンティティ (Entity)：データのまとまりとなる対象です。例えば、「顧客」「商品」「注文」といった具体的な実体や概念を表します。箱や四角形で表現されることが多いです。
- 属性 (Attribute)：エンティティが持つ性質や特徴です。例えば、「顧客」エンティティの属性には「顧客名」「住所」「電話番号」などがあります。
- 関連 (Relationship)：エンティティ間の関係性を示します。例えば、「顧客」は「注文」をするといった関係です。関連の種類（1対1、1対多、多対多）も表現します。
これらの要素を線や記号で結びつけ、全体像を図として表現します。特定のデータベースシステムに依存しない、ビジネス要件に基づいた表現が特徴です。
| 要素 | 説明 |
|---|---|
| エンティティ | データの対象（顧客、商品など） |
| 属性 | エンティティの性質（顧客名、価格など） |
| 関連 | エンティティ間の関係（顧客が注文する、など） |
このモデルは、システム開発の初期段階で、ビジネス部門と開発チームが共通認識を持つために非常に役立ちます。
作成する人・利用する人
概念データモデルは、主にビジネス部門の担当者やシステム企画担当者など、業務の専門家が作成や確認を行います。利用するのは、システム開発の初期段階で要件を把握するプロジェクトマネージャーやシステムエンジニアです。
論理データモデルは、システムエンジニアやデータベース設計者が作成します。利用者はシステムエンジニアやアプリケーション開発者、データベース管理者など、システムの実装に関わる人々です。
物理データモデルは、データベース管理者やインフラエンジニア、詳細設計を行うシステムエンジニアが作成します。利用者は、データベースの構築・運用に関わるデータベース管理者やインフラエンジニア、アプリケーション開発者です。
まとめると以下のようになります。
| モデル名 | 主な作成者 | 主な利用者 |
|---|---|---|
| 概念データモデル | ビジネス担当者、システム企画担当者 | プロジェクトマネージャー、システムエンジニア |
| 論理データモデル | システムエンジニア、データベース設計者 | システムエンジニア、アプリケーション開発者、DB管理者 |
| 物理データモデル | データベース管理者、インフラエンジニア、SE | データベース管理者、インフラエンジニア、アプリケーション開発者 |
各モデルは、それぞれの専門分野を持つ人々が協力して作成・利用することで、システム全体の品質を高めます。
4.論理データモデルとは
特徴と目的
概念データモデル
特徴：
- 最も抽象度が高いモデルです。
- ビジネス要件やユーザーの視点を重視します。
- 特定のデータベース技術には依存しません。
目的：
- システムの対象となる業務領域を理解し、関係者間で共通認識を持つこと。
- システムが扱うべき重要なデータ要素（エンティティ）とその関連性を定義すること。
論理データモデル
特徴：
- 概念モデルを特定のデータベースモデル（リレーショナルモデルなど）に落とし込んだものです。
- まだ具体的なデータベース製品には依存しません。
- データ構造の詳細を表現します。
目的：
- 概念モデルで定義された要素を、データベースで扱える形式に整理すること。
- テーブルやカラム、リレーションシップといった構造を明確にすること。
- 開発者がデータベース設計を進めるための基盤とすること。
物理データモデル
特徴：
- 論理モデルを、実際に使用するデータベース製品に合わせて具体化したものです。
- 最も抽象度が低く、実装に直結するモデルです。
- パフォーマンスや物理的な制約を考慮します。
目的：
- 論理モデルを基に、特定のデータベース管理システム（DBMS）上で実際にデータベースを構築するための設計を行うこと。
- データ型、インデックス、ストレージ設定など、実装に必要な詳細を定義すること。
表現方法（テーブル、カラム、リレーションなど）
論理データモデルは、具体的なデータベース製品に依存しない形で、データの構造を表現します。主な要素は以下の通りです。
- エンティティ：概念モデルで定義したエンティティは、論理モデルでは「テーブル」として表現されます。
- アトリビュート：エンティティが持つ属性は、「カラム（またはフィールド）」として表現されます。カラムには、名前やデータ型（文字列、数値など、ただし具体的なデータベース製品の型ではない抽象的な型）を定義します。
- 関連：エンティティ間の関連性は、「リレーションシップ（関連線）」と「外部キー（Foreign Key）」によって表現されます。これにより、異なるテーブル間の結びつきが明確になります。
例えば、「顧客」エンティティは「顧客テーブル」、「商品」エンティティは「商品テーブル」となり、顧客が商品を購入するという関連は、購入履歴テーブルなどを介してこれらのテーブルを結びつけるリレーションシップとして表現されます。
| 論理モデルの要素 | 概念モデルからの変化例 |
|---|---|
| テーブル | エンティティ |
| カラム | アトリビュート |
| リレーションシップ/外部キー | 関連 |
このように、論理モデルは概念モデルをより構造化された形で表現し直すことで、次の物理モデルへの橋渡しをします。
作成する人・利用する人
これらのモデルは、それぞれ異なる役割を持つ人々によって作成・利用されます。
概念データモデルは、主にシステム開発の初期段階で、業務部門の担当者やシステム企画担当者、要件定義を行うSEなどが中心となって作成します。これは、業務の専門家が「何が必要か」を表現するために利用します。
論理データモデルは、システムエンジニア（SE）やデータベース設計者などが作成します。業務要件をデータベースの構造に落とし込む際に利用し、開発チーム全体で共有する設計図となります。
物理データモデルは、データベース管理者（DBA）やインフラエンジニア、プログラマーなどが作成・利用します。特定のデータベース製品上で実際にシステムを構築するために必要となります。
まとめると以下のようになります。
| モデル名 | 主な作成者 | 主な利用者 |
|---|---|---|
| 概念データモデル | 業務担当者、企画担当者、要件定義SE | 業務担当者、企画担当者、要件定義SE |
| 論理データモデル | SE、データベース設計者 | SE、開発チーム全体 |
| 物理データモデル | DBA、インフラエンジニア、プログラマー | DBA、インフラエンジニア、プログラマー、開発チーム |
5.物理データモデルとは
特徴と目的
概念データモデル
- 特徴: 開発の初期段階で作成される、最も抽象度の高いモデルです。ユーザーや業務の視点から、システムが必要とする情報とその関連性を概念的に表現します。特定のデータベースシステムには依存しません。
- 目的: システム化の対象となる業務領域を正確に理解し、関係者間で情報要件の共通認識を持つことです。何が必要な情報なのか、どういう情報同士が結びついているのかを整理します。
論理データモデル
- 特徴: 概念モデルを、リレーショナルデータベースの考え方に基づいて具体化したモデルです。テーブル、カラム、リレーションシップといった形式で表現されます。特定のデータベース製品には依存しませんが、リレーショナルモデルのルールに従います。
- 目的: 概念モデルで整理した情報構造を、データベースとして実現可能な形に落とし込むことです。データの正規化を行い、冗長性を排除し、整合性を保つための設計を行います。
物理データモデル
- 特徴: 論理モデルを、実際に使用する特定のデータベース管理システム（DBMS）に合わせて詳細化したモデルです。データ型、インデックス、ストレージ設定など、物理的な実装に関わる要素を含みます。
- 目的: 実際にデータベースを構築し、効率的に運用できるようにすることです。使用するDBMSの特性を考慮し、パフォーマンスや容量、セキュリティなどを最適化するための設計を行います。
表現方法（データ型、インデックス、制約など）
物理データモデルでは、特定のデータベース管理システム（DBMS）上でデータをどのように格納・管理するかを具体的に表現します。
主な表現要素は以下の通りです。
- テーブル、カラム名: 論理モデルを具体的な名前に落とし込みます。
- データ型: 各カラムに格納するデータの種類（例：INT, VARCHAR, DATEなど）をDBMSに合わせて指定します。
- サイズ: 文字列型などの最大長を指定します。
- NULL許容: そのカラムが空の値（NULL）を許容するかどうかを設定します。
- 主キー、外部キー: テーブル間の関連性を物理的に実装するためのキーを定義します。
- インデックス: データ検索の高速化のために設定します。
- 制約: データの整合性を保つためのルール（例：UNIQUE, CHECKなど）を定義します。
これらの要素は、選定したDBMSの仕様に強く依存します。例えば、OracleとMySQLでは使用できるデータ型やインデックスの記述方法が異なります。
作成する人・利用する人
概念データモデルは、主にシステム企画担当者や業務部門の担当者が作成をリードし、システム全体の関係者（経営層、ユーザー部門、開発チーム）が共通認識を得るために利用します。
論理データモデルは、主にシステムエンジニアやデータモデラーが作成します。これはデータベース設計の基礎となり、アプリケーション開発者やデータベース管理者（DBA）が利用します。
物理データモデルは、主にデータベース管理者（DBA）やインフラエンジニアが作成・調整します。これは実際のデータベース構築に使われ、DBAや運用担当者が利用します。
まとめると以下のようになります。
| モデル | 作成する人（主導） | 利用する人（主） |
|---|---|---|
| 概念モデル | システム企画、業務部門 | 経営層、ユーザー部門、開発チーム、システム全体関係者 |
| 論理モデル | システムエンジニア、データモデラー | アプリケーション開発者、データベース管理者 |
| 物理モデル | データベース管理者、インフラエンジニア | データベース管理者、運用担当者 |
6.概念モデル、論理モデル、物理モデルの具体的な違い
目的の違い
概念モデル、論理モデル、物理モデルは、それぞれ異なる目的で作成されます。これらの目的の違いを理解することが、各モデルの役割を把握する上で重要です。
| モデル名 | 主な目的 |
|---|---|
| 概念モデル | 業務の理解と関係者の合意形成。システム化の対象範囲と主要なデータ要素を明確にする。 |
| 論理モデル | データベースの種類に依存しない形で、データの構造と関連性を詳細に定義する。 |
| 物理モデル | 特定のデータベース管理システム（DBMS）上で、論理モデルをどのように実装するかを定義する。パフォーマンスなども考慮する。 |
このように、概念モデルは「何を」、論理モデルは「どのように（DBMS非依存で）」、物理モデルは「どのように（DBMS依存で）」という問いに答えるために作成されると言えます。それぞれの目的が異なるため、表現される内容や詳細度も変わってきます。この目的の違いが、次の抽象度や表現方法の違いにもつながります。
抽象度の違い
概念モデル、論理モデル、物理モデルは、それぞれ異なる抽象度でシステムやデータを表現します。
- 概念データモデル: 最も抽象度が高く、ユーザーやビジネスの視点から、システムが扱うべき情報とその関係性を大まかに捉えます。「顧客」や「注文」といった、現実世界の事柄をそのままモデル化します。特定のデータベースシステムに依存しない、思考段階のモデルと言えます。
- 論理データモデル: 概念モデルよりも具体的な表現になります。リレーショナルデータベースを前提とした、テーブルやカラム、リレーションシップといった構造で表現します。まだ具体的なデータベースの種類（Oracle, SQL Serverなど）には依存しませんが、データの持ち方や関連性がより明確になります。
- 物理データモデル: 最も抽象度が低く、具体的なデータベースシステムに依存した表現です。テーブル名、カラム名、データ型（VARCHAR, INTなど）、インデックス、制約といった、データベース上に実際にデータを格納するための詳細な定義を含みます。
簡単にまとめると以下のようになります。
| モデル | 抽象度 | 表現対象 |
|---|---|---|
| 概念データモデル | 高い | ビジネス上の概念、エンティティと関連 |
| 論理データモデル | 中間 | テーブル、カラム、リレーション |
| 物理データモデル | 低い | データベース固有の定義、データ型など |
このように、開発が進むにつれて、抽象度の高い概念モデルから、具体的な定義を含む物理モデルへと詳細化していくのが一般的です。
表現方法の違い
概念モデル、論理モデル、物理モデルは、それぞれ異なる方法でデータを表現します。
| モデル名 | 表現方法（例） | 抽象度 |
|---|---|---|
| 概念モデル | エンティティ（実体）、関連 | 高い |
| 論理モデル | テーブル、カラム（属性）、リレーション（主キー/外部キー） | 中程度 |
| 物理モデル | テーブル定義（データ型、サイズ）、インデックス、制約 | 低い |
具体的には、
- 概念モデルは、ビジネス上の「人」「商品」「注文」といった概念をエンティティとして捉え、それらの間の「注文する」「持つ」といった関連を矢印などでシンプルに表現します。まだデータベースの具体的な構造は考慮しません。
- 論理モデルは、概念モデルで定義したエンティティや関連を、リレーショナルデータベースの「テーブル」「カラム」「リレーション」といった要素に落とし込みます。主キーや外部キーを使って関連性を定義しますが、具体的なデータベース製品には依存しません。
- 物理モデルは、論理モデルを特定のデータベース管理システム（DBMS）に合わせて具体化します。「VARCHAR(255)」「INT」「NOT NULL」といったデータ型やサイズ、パフォーマンス向上のためのインデックス、データの整合性を保つための制約などを定義します。
このように、それぞれのモデルは、表現の抽象度と詳細度が異なり、使われる記法や要素も異なります。
作成フェーズの違い
概念モデル、論理モデル、物理モデルは、システム開発の進行に合わせて異なるフェーズで作成されます。
- 概念モデル: システム企画や要件定義の初期段階で作成されます。ビジネス要件を整理し、関係者間で共通理解を得るために使われます。
- 論理モデル: 基本設計や詳細設計のフェーズで作成されます。概念モデルを基に、具体的なデータ構造をデータベースに依存しない形で設計します。
- 物理モデル: 詳細設計の終盤や実装フェーズで作成されます。論理モデルを基に、実際に利用するデータベースシステムに合わせた物理的なデータ構造を定義します。
これらのモデルは、以下のようにつながっています。
| モデル | 主な作成フェーズ |
|---|---|
| 概念モデル | 企画・要件定義 |
| 論理モデル | 基本設計・詳細設計 |
| 物理モデル | 詳細設計・実装 |
このように、開発が進むにつれて抽象度を下げながら、具体的なデータ構造へと落とし込んでいくのが一般的な流れです。
7.データモデル作成のステップと流れ
各モデルをどの順番で作るか
データモデルは、一般的に以下の順番で作成を進めます。
- 概念データモデル:
- システムが扱う「情報そのもの」を、ビジネスの視点から洗い出し、整理します。
- まだ技術的な要素は考慮しません。
- 論理データモデル:
- 概念モデルを基に、リレーショナルデータベースの形式に落とし込みます。
- テーブル、カラム、リレーションシップといった構造を定義しますが、具体的なデータ型や物理的な設定は含みません。
- 物理データモデル:
- 論理モデルを基に、特定のデータベース管理システム（DBMS）に合わせて最適化します。
- データ型、インデックス、パーティションなどの物理的な設定を行います。
この流れは、ビジネス要件から始めて、徐々に技術的な詳細を詰めていくトップダウンのアプローチと言えます。
| モデル名 | 最初に作成されるか？ | 抽象度 | 考慮事項 |
|---|---|---|---|
| 概念データモデル | はい | 高い | ビジネス要件、情報そのもの |
| 論理データモデル | いいえ | 中程度 | RDB構造 (テーブル、リレーション) |
| 物理データモデル | いいえ | 低い | 特定DBMS、物理設定 |
このように段階を踏むことで、要件の漏れや手戻りを減らし、効率的に正確なデータモデルを作成することができます。
各フェーズでの作業内容
データモデル作成は、一般的に以下の流れで進めます。
- 概念モデル作成フェーズ:
- 業務の要件をヒアリングし、必要なデータ要素（エンティティ）とそれらの関係性を洗い出します。
- エンティティ、属性、関連をER図などで表現します。
- 業務担当者や企画担当者と認識を合わせます。
- 論理モデル作成フェーズ:
- 概念モデルを基に、リレーショナルデータベースの構造に落とし込みます。
- テーブル、カラム（属性）、主キー、外部キー、リレーション（関連）などを定義します。
- 正規化を行い、データの重複や矛盾を防ぐ構造にします。
- システム開発者やデータベース設計者と詳細を詰めます。
- 物理モデル作成フェーズ:
- 論理モデルを基に、特定のデータベース管理システム（DBMS）に合わせて具体的な定義を行います。
- データ型、カラムサイズ、NULL許容設定、インデックス、制約（PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, UNIQUE, CHECKなど）を詳細に決定します。
- パフォーマンスや容量を考慮に入れます。
- データベース管理者（DBA）やインフラ担当者と連携して定義します。
このように、各フェーズで異なる視点と詳細度でデータ構造を定義していきます。
8.よくある疑問と注意点
モデル間の変換について
概念モデル、論理モデル、物理モデルは、開発の進行に合わせて段階的に詳細化・具体化されていきます。この過程が「モデル間の変換」です。
| 変換元モデル | 変換先モデル | 主な変換内容 |
|---|---|---|
| 概念モデル | 論理モデル | エンティティをテーブルに、属性をカラムに変換。関連をリレーションとして表現。 |
| 論理モデル | 物理モデル | データ型やサイズを決定し、インデックスや制約を定義。特定のDBMSの仕様に合わせる。 |
このように、前の段階のモデルを基に、次の段階のモデルを作成します。概念モデルで捉えた業務上の概念を、論理モデルでデータ構造に落とし込み、最終的に物理モデルでデータベースに実装できる形にする、という流れになります。この変換作業は、データモデリングツールの機能を使って自動化できる部分もありますが、人の手による設計判断が不可欠な部分も多いです。
ツールについて
データモデルを作成する際には、専用のモデリングツールを利用すると効率的です。これらのツールは、図を作成する機能だけでなく、モデル間の変換や、物理モデルからデータベース定義用のスクリプトを生成する機能なども備えています。
主な機能としては、以下のようなものがあります。
- 図形描画機能: エンティティ、テーブル、関連などを視覚的に表現できます。
- 整合性チェック: モデル内の矛盾やエラーを検出します。
- モデル変換: 概念モデルから論理モデルへ、論理モデルから物理モデルへの変換をサポートします。
- コード生成: 物理モデルからデータベースのCREATE文などを生成できます。
代表的なツールとしては、以下のようなものがあります。（※製品名は変動するため、ここでは一般的な種類を記載します）
- 汎用モデリングツール: ER図などを含む様々な図を作成可能
- データベースベンダー提供ツール: 特定のデータベースシステムに特化
- オープンソースツール: 無償で利用可能
ツールの選定は、プロジェクトの規模、利用するデータベースの種類、予算などに応じて検討すると良いでしょう。ツールを使うことで、手書きや汎用的な描画ツールに比べて、正確かつ効率的なモデリングが可能になります。
モデルの名称に関する補足
データモデルの名称については、文脈や組織によって異なる呼び方がされることがあります。
例えば、
- 概念モデル：ビジネスモデル、エンティティ関連モデル（ERモデル）と呼ばれることもあります。
- 論理モデル：スキーマ、リレーショナルモデルと呼ばれることもあります。
- 物理モデル：データベーススキーマ、実装モデルと呼ばれることもあります。
また、広義の「データモデル」が、概念・論理・物理の総称として使われたり、特定のモデル（特に論理モデルや物理モデル）を指す場合もあります。
| モデル名 | 別称の例 |
|---|---|
| 概念モデル | ビジネスモデル、エンティティ関連モデル(ERM) |
| 論理モデル | スキーマ、リレーショナルモデル |
| 物理モデル | データベーススキーマ、実装モデル |
重要なのは、どのモデルがビジネス要件を表しているのか（概念）、どのような構造でデータを管理するのか（論理）、そして具体的にどのようにデータベースに実装するのか（物理）という、それぞれの目的と抽象度の違いを理解することです。名称が異なっていても、これらの役割分担は共通していることが多いです。
9.まとめ：データモデルを理解して開発を進めよう
概念モデル、論理モデル、物理モデルという3つのデータモデルについて見てきました。
これらのモデルは、それぞれ目的や抽象度が異なります。
| モデル名 | 目的 | 抽象度 |
|---|---|---|
| 概念モデル | 業務の理解・コミュニケーション | 高い |
| 論理モデル | データベース設計の基本構造定義 | 中程度 |
| 物理モデル | 実際のデータベース実装 | 低い（具体） |
これらのモデルを段階的に作成し、それぞれの役割を理解することは、データベース開発を円滑に進める上で非常に重要です。業務要件を正確に捉え、効率的で保守性の高いデータベースシステムを構築するために、データモデリングのプロセスをぜひ活用してください。この記事が、データモデルの理解の一助となれば幸いです。
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