Aplikasi pengelolaan produksi kereta api (Smartworks 4.0) merupakan sistem untuk memudahkan dalam mengelola dan memberikan informasi aliran data khususnya pada pengerjaan operasional produksi kereta api. Dalam proses pengembangan aplikasi ini, pengembang perangkat lunak hanya mengutamakan pada sisi fungsionalitas yang harus terpenuhi, sehingga mengabaikan aspek kualitas perangkat lunak yang mengacu dalam penulisan kode yang terstruktur. Design pattern merupakan salah satu solusi untuk meningkatkan atribut kualitas perangkat lunak dengan menyediakan struktur desain class khusus yang siap pakai untuk memberikan solusi dari setiap fitur perangkat lunak. Berdasarkan identifikasi fitur aplikasi Smartworks 4.0 dan analisis design pattern, terdapat 10 design pattern yang cocok untuk diterapkan dengan menggunakan 8 software metrics mengacu kepada atribut kualitas perangkat lunak. 9 design pattern diataranya dilakukan pengujian dan salah satu nya tidak dikarenakan belum ada penyelesaian solusi terhadap spesifikasi perangkat lunak terkait saat sebelum diterapkan design pattern. Hasil pengujian menunjukan template method memberikan dampak baik terhadap sebagian besar atribut kualitas perangkat lunak terkecuali kualitas responsivitas dan skalabilitas. Factory method, composite, servant, facade, builder dan strategy pattern memberikan pengaruh baik terhadap sebagian besar atribut kualitas, namun memberikan dampak buruk terhadap efisiensi memori. Singleton memberikan pengaruh baik terhadap sebagian besar kualitas, namun memberikan dampak buruk terhadap efisiensi waktu eksekusi CPU. Multiton pattern hanya memberikan dampak baik pada responsivitas dan skalabilitas.